[發明專利]溝槽絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 201610124586.1
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105789269A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 張杰;肖彩華
• 申請（專利權）人: 上海源翌吉電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，涉及一種絕緣柵雙極型晶體管，尤其涉及一種 溝槽絕緣柵雙極型晶體管；同時，本發明還涉及一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管的 制備方法。

背景技術

隨著IGBT技術的不斷發展，為了進一步優化IGBT的性能，其結構設計和工 藝技術也發生了較大的變化。IGBT，中文名字為絕緣柵雙極型晶體管，它是由 MOSFET(輸入級)和PNP晶體管(輸出級)復合而成的一種器件，既有MOSFET 器件驅動功率小和開關速度快的特點(控制和響應)，又有雙極型器件飽和壓降 低而容量大的特點(功率級較為耐用)，頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間， 可正常工作于幾十kHz頻率范圍內。與平面柵IGBT相比,溝槽柵IGBT能顯著改 善通態壓降與關斷能量的折衷關系,更適用于中低壓高頻應用領域。

至今，IGBT已由第1代發展到了第6代。對IGBT器件結構的改進主要分為 表面和垂直兩個方向。在表面上，即柵極結構上的變化是把原來的平面柵變成了 溝槽柵結構，這種結構是通過在IGBT上挖許多淺而密的溝槽，把柵氧化層和柵 電極做在溝槽側壁上而成的，因而MOSFET的溝道就成為沿溝槽側壁的垂直溝道。 這種結構有利于JEFT區電阻和溝道電阻的減小進而使得通態壓降減少，同時也 增加了電流密度。

但是溝槽柵結構也存在缺點，它的工藝較復雜，如果側壁不光滑還會影響擊 穿電壓降低生產成品率，而且挖槽后會在加工過程中增加芯片的翹曲變形等，難 度較大。這個結構的短路能力低，短路安全工作成為問題，溝道寬度過大使得柵 電容過大，影響開關速度。上述缺點通過引入PCM(插入式組合元胞)設計而得 到解決。即采取寬元胞間距結構來保持短路電流相對較小。同時還采取在P⁺發射 區和N^-漂移層之間形成一個N型層，即所謂載流子的儲存層，使其能夠存儲載流 子，這個儲存層對于改善N^-漂移層內的電導，減小V_CE(sat)是很有用的。在垂直方 向上經歷了穿通型到非穿通型到場截止型的變化過程。穿通型結構的V_CE(sat)具有 負溫度系數，不利于器件的并聯使用和熱穩定性，而且需要少子壽命控制技術來 減小開關時間。同時，因為P⁺襯底較厚，電流拖尾現象較嚴重，會大大增加關斷 損耗，而且材料成本高。因此，NPT非穿通型結構應運而生。其電場未穿通漂移 區。這樣，在IGBT關斷時存儲在基區中大量過剩電子能夠以擴散流方式穿透極 薄的集電區流出道歐姆接觸處消失掉，使IGBT迅速關斷(或導通)，不需要少子 壽命控制技術來提高開關速度。但是，由于輸運效率較高而載流子注入系數較差， 因而造成了比較高的飽和電壓，通態電壓比較高。而且，其V_CE(sat)具有正溫度特 性，熱阻低，利于應用。材料成本低且需要減薄工藝，但減薄后厚度較厚。

有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的溝槽IGBT，以便克服現有溝槽IGBT 存在的上述缺陷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管，可增大 電子擴散，避免電流集中，增強電導調制。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管，所述溝槽絕緣柵雙極型晶體管IGBT包括： N-型基區、P型基區、N+緩沖層、背P+發射區、N+集電區、柵氧化層、多晶柵、 集電極、發射極、柵電極、P+型基區、載流子存儲層、P-型浮空層；

所述N-型基區、N+緩沖層、背P+發射區、集電極自上而下依次設置；所述 N-型基區的上部周邊設有槽體，槽體內設置P-型浮空層；

所述N-型基區的上方的中部自下而上依次設置載流子存儲層、P型基區；P 型基區上方設置P+型基區、N+集電區，P+型基區設置于N+集電區內，被N+集電 區包圍；所述P+型基區上方設置柵電極，柵電極分別與P+型基區、N+集電區相 接；

所述P-型浮空層上方設置所述柵氧化層，柵氧化層的主體外側周邊設置多 晶柵，多晶柵與P-型浮空層不接觸；所述N+集電區、P型基區、載流子存儲層 設置于柵氧化層的主體內側；

所述多晶柵上方設置發射極，發射極與多晶柵、柵氧化層接觸。

作為本發明的一種優選方案，所述柵氧化層的主體為中空的圓柱表面。