[發明專利]一種低導通電阻、小柵電荷的碳化硅IGBT器件與制備方法

有效

• 申請號: 201710781811.3
• 申請日: 2017-09-02
• 公開（公告）號: CN107611022B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 張安平;田凱;祁金偉;楊明超;陳家玉;王旭輝;曾翔君;李留成
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04;H01L29/06;H01L21/331;H01L29/739
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明提供一種低導通電阻、小柵電荷的碳化硅IGBT器件與制備方法，器件包括源極、第一導電類型源區接觸、第二導電類型基區、重摻雜第二導電類型基區、第一導電類型多晶硅柵極、第二導電類型多晶硅柵極、槽柵介質、第二導電類型柵氧保護區、第一導電類型包裹區、第一導電類型漂移區、第二導電類型襯底和漏極。本發明所述第一導電類型多晶硅柵極與第二導電類型多晶硅柵極形成的空間電荷區，減小了柵極與漏極的耦合，因而降低了器件柵電荷；第一導電類型包裹區可以減小第二導電類型柵氧保護區在漂移區中形成的空間電荷區，并且能夠有效傳輸電流，因而可以降低器件導通電阻。

技術領域

本發明屬于微電子和電力電子的碳化硅功率器件領域，特別涉及一種低導通電阻、小柵電荷的碳化硅IGBT器件與制備方法。

背景技術

寬禁帶半導體碳化硅因其禁帶寬度大、高熱導率、高擊穿場強、高電子飽和速度以及強抗輻射性，使得碳化硅功率半導體器件能夠應用于高溫、高壓、高頻以及強輻射的工作環境下。在功率電子領域，IGBT因其存在電導調制效應，導通電阻小，廣泛應用與高壓領域。

但是在IGBT中，柵氧直接暴露于漂移區中，其柵氧拐角處電場集中。SiC的介電常數是SiO₂介電常數的2.5倍，在關斷狀態，根據高斯定理，SiO₂層所承受的耐壓應該是漂移區SiC的2.5倍，這使得柵氧拐角處在沒有達到SiC臨界擊穿電場時柵氧已經被提前擊穿，器件可靠性下降。

為解決柵氧提前擊穿的情況，一種帶P+型柵氧保護區的碳化硅IGBT已經被提出，該結構利用P+柵氧保護區對柵氧進行保護，使得高電場由P+柵氧保護區與N型漂移區形成的P-N結承擔，降低了柵氧電場。但是隨著P+柵氧保護區的引入，其在漂移區中形成的耗盡區嚴重影響電子的向下傳輸，使得器件導通電阻變大。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種低導通電阻、小柵電荷的碳化硅IGBT器件與制備方法，克服了帶第二導電類型柵氧保護區的碳化硅IGBT結構導通電阻較大的缺陷，同時利用第一導電類型多晶硅柵極與第二導電類型多晶硅柵極形成的空間電荷區，減小了柵極與漏極的耦合，因而降低了器件柵電荷，改善了器件的開關特性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種低導通電阻、小柵電荷的碳化硅IGBT器件，包括：

第一導電類型多晶硅柵極；

包裹第一導電類型多晶硅柵極的槽柵介質；

設置在槽柵介質兩側的對稱結構的源極；

設置在源極底部的第一導電類型源接觸區、第二導電類型基區和重摻雜第二導電類型基區；

自上而下依次設置在槽柵介質下方的第二導電類型柵氧保護區、第一導電類型漂移區、第二導電類型襯底以及漏極；

其特征在于：

所述第一導電類型多晶硅柵極下方設置有第二導電類型多晶硅柵極；所述槽柵介質包裹第二導電類型多晶硅柵極；

所述第二導電類型柵氧保護區與第一導電類型漂移區之間設置有第一導電類型包裹區。

所述第一導電類型源接觸區與源極的下部、第二導電類型基區的上部以及重摻雜第二導電類型基區的側面接觸，所述重摻雜第二導電類型基區與源極的下部、第一導電類型源接觸區的側面以及第二導電類型基區的側面接觸，重摻雜第二導電類型基區的厚度等于第一導電類型源接觸區和第二導電類型基區的厚度之和。

所述第二導電類型柵氧保護區與第一導電類型包裹區部分交叉，其中，所述第一導電類型包裹區設置于第一導電類型漂移區之中，將第二導電類型柵氧保護區包裹。