[發明專利]一種縱向溝道的SiC結型柵雙極型晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201611210305.0
• 申請日: 2016-12-24
• 公開（公告）號: CN106711207B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 宋慶文;劉思成;湯曉燕;元磊;張藝蒙;張玉明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L21/04
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 潘宏偉

本發明提供了一種縱向溝道結型柵的碳化硅雙極型晶體管及制備方法，主要解決現有技術中碳化硅IGBT器件氧化層帶來的界面態問題，而且避免了可能出現的閂鎖效應，同時降低了工藝步驟節省了工藝成本。其特點是在P?漂移區采用縱向溝道JFET器件的溝道結構來代替傳統IGBT器件的上部結構，器件溝道區寬度為1～4μm。本發明提供的器件具有制作工藝簡單，成本低和器件電流增益高等優點，可用于開關穩壓電源、電能轉換、汽車電子以及石油鉆井設備等應用。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體器件，特別是一種基于縱向溝道結型柵的碳化硅雙極型晶體管及制備方法。

背景技術

隨著電力電子技術的快速發展，大功率半導體器件的需求越來越顯著。由于材料的限制，傳統的硅器件特性已經到達它的理論極限，碳化硅是最近十幾年來迅速發展起來的寬禁帶半導體材料,它具有寬禁帶、高熱導率、高載流子飽和遷移率、高功率密度等優點，能夠適用于大功率、高溫及抗輻照等應用領域。其中，IGBT(碳化硅絕緣柵雙極晶體管)是一種具有MOS電壓控制和雙極導通調制相結合的器件。它具有MOSFET的輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關速度高的優點，又具有雙極功率晶體管的電流密度大、飽和電壓低、電流處理能力強的優點。它是可用于需要高壓、大電流和高速應用領域的非常理想的功率器件，用途非常廣泛。

然而，人們逐漸發現，由于柵氧化層的存在MOS器件并不適用于高溫、高電場強度領域。為了充分利用SiC材料的優良特性，無需柵氧化層的SiC功率開關器件是非常必要的。設計新型結構避免柵氧化層對器件性能的影響是非常重要的。同時，在保留其電流關斷能力大，柵極驅動簡單的特性的同時，簡化器件結構，降低工藝難度，也是非常有吸引力的。

圖1為傳統的IGBT結構，其中區域1’為發射極接觸金屬層，區域2’為N+碳化硅襯底2,區域3’為P+緩沖層3，區4’為P-漂移區4，區域5’為P阱，區域6’為N型摻雜區，區域7’為柵極，區域8’為氧化層，區域9’為發射極，器件工作時，柵極施加電壓，P阱區靠近表面的部分反型形成導電溝道。柵氧化層的存在引入界面態的影響，降低了器件的遷移率。器件中寄生了pnpn結構，在大電流狀態下容易發生閂鎖效應，器件不再受柵極控制。相對而言，傳統IGBT器件結構較為復雜，生產成本及成品率較低。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明采用pn結做柵極的豎直溝道碳化硅結型柵雙極型場效應晶體管及制備方法，以避免柵氧化層對器件性能的影響，提高器件的高溫高壓性能，避免了閂鎖效應的發生，同時也降低了器件的工藝難度，提高了器件的成品率。

具體的，本發明提供的縱向溝道的SiC結型柵雙極型晶體管，包括N+碳化硅襯底，形成于所述N+碳化硅襯底表面的發射極接觸金屬層，形成于所述N+碳化硅襯底上的P+緩沖層，形成于所述P+緩沖層上P-漂移區，形成于所述P-漂移區上的P+集電區，形成于所述P+集電區上的集電極接觸金屬層；還包括形成于所述P-漂移區上的至少兩個豎直溝槽，所述溝槽底部和所述溝槽側壁設置有N型柵區，所述溝槽底部的N型柵區上注入有柵極N+注入區，所述柵極N+注入區上形成有柵極接觸金屬層；所述N型柵區與所述P+集電區相接觸。

優選地，相鄰兩個N型柵區之間為導電溝道區，所述導電溝道區寬度為1～4μm。

優選地，所述溝槽深度為1.8～2.2μm。

優選地，所述柵極N+注入區的深度為0.15μm。

優選地，所述柵極接觸金屬層為厚度為100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金或厚度為100nm/300nm/100nm的Ti/Al/Ti合金。

優選地，所述N型柵區的深度為0.5μm。

優選地，所述P+集電區的厚度為0.2～0.4μm。