[發明專利]絕緣柵雙極晶體管及其制作方法

在審

• 申請號: 201711366231.4
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108054199A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 深圳市晶特智造科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 深圳市蘭鋒知識產權代理事務所(普通合伙) 44419
• 代理人: 曹明蘭

本發明涉及一種絕緣柵雙極晶體管及其制作方法。所述絕緣柵雙極晶體管包括P型襯底、形成于所述P型襯底表面的多個溝槽、形成于所述P型襯底的溝槽所在一側的表面上及溝槽中的N型外延。由于所述P型襯底和N型外延之間具有所述多個溝槽，在溝槽內存在有經過刻蝕工藝導致的缺陷，可以作為后續注入空穴的復合中心，極大的降低了器件的關斷時間，提高了絕緣柵雙極晶體管的器件性能。

【技術領域】

本發明涉及半導體制造工藝技術領域，特別地，涉及一種絕緣柵雙極晶體管及其制作方法。

【背景技術】

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

與功率MOSFET相比，IGBT最顯著的區別是在N型襯底下方加入了一層P型材料。器件工作時，P型材料中的空穴會注入到N型襯底中，進行導電調制，以降低器件的通態電壓，但帶來的問題是，IGBT在關斷過程中，漏極電流的波形變為兩段。因為MOSFET關斷后，注入到N型襯底的大量導電空穴難以迅速消除，造成漏極電流較長的尾部時間，器件不能立刻關斷，極大的限制了器件的高頻應用。

當前降低IGBT關斷時間，主要有以下手段：1)添加N+緩沖層，提供大量可供空穴復合的電子；2)實際應用中，串聯一個快恢復二極管(FRD)，通過二極管的快恢復特性，降低IGBT的拖尾電流；3)在襯底內引入相關缺陷，如電子輻照，重金屬擴散(Pt)等，使得注入的空穴在缺陷內盡快復合，降低拖尾時間。

實際上，三種方法都有各自的缺點，比如方法1，添加的N+緩沖層，需要額外增加一層外延，成本較高。方法二，需要串聯另外一個器件，包括封裝，小尺寸應用等，易受到限制。方法三，成本高，不利于生產，同時易給產線造成污染(重金屬等)。

【發明內容】

本發明的其中一個目的在于為解決上述至少一個技術問題而提供一種絕緣柵雙極晶體管及其制作方法。

一種絕緣柵雙極晶體管，其包括P型襯底、形成于所述P型襯底表面的多個溝槽、形成于所述P型襯底的溝槽所在一側的表面上及溝槽中的N型外延。

在一種實施方式中，所述絕緣柵雙極晶體管還包括形成于所述N型外延表面的P型體區、形成于所述P型體區表面源區、形成于所述P型體區、源區及所述N型外延層上的柵極。

在一種實施方式中，所述溝槽均勻分布于所述P型襯底上，所述P型襯底上的所有溝槽的平面面積小于所述P型襯底的平面面積的三分之一。

在一種實施方式中，所述溝槽平面上的長度與寬度均為0.1um；所述溝槽的深度在500埃-1500埃的范圍內。

在一種實施方式中，所述溝槽的平面形狀為圓形、方形、三角形或六角形。

一種絕緣柵雙極晶體管的制作方法，其包括以下步驟：

提供P型襯底，在所述P型襯底上形成光刻膠；

利用所述光刻膠對所述P型襯底進行刻蝕，從而在所述P型襯底表面形成多個溝槽，去除光刻膠；

對所述P型襯底的多個溝槽進行高溫快速熱退火；

在所述P型襯底的溝槽所在一側的表面上及溝槽中形成N型外延。

在一種實施方式中，所述制作方法還包括以下步驟：在所述N型外延表面形成P型體區，在所述P型體區表面形成源區，在所述P型體區、源區及所述N型外延層上形成柵極。