[發明專利]一種絕緣柵雙極晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201810996514.5
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109065621B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 張金平;趙陽;羅君軼;劉競秀;李澤宏;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L21/335
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種絕緣柵雙極晶體管及其制備方法，屬于功率半導體技術領域。本發明通過在傳統溝槽型IGBT器件的基區下方引入用以屏蔽漂移區與柵介質層之間電場的埋層并包圍柵介質層以及在基區上表面形成肖特基接觸金屬，在不影響閾值電壓等參數的條件下，降低了器件的導通壓降，改善了載流子分布，優化了導通壓降與關斷損耗的折中特性，避免了柵介質層的擊穿和高場下的退化，提高了器件的擊穿電壓和長期工作可靠性。并且本發明器件的制作工藝與現有工藝兼容性強，操作簡單可控，有利于實現大規模生產。

技術領域

本發明屬于功率半導體技術領域，具體涉及一種絕緣柵雙極晶體管及其制備方法。

背景技術

功率半導體器件是電力電子系統中的關鍵組成部分。隨著電力電子技術在多種行業取得了十分重要的應用，功率半導體器件的性能好壞與電能轉換效率的高低直接決定了電力電子系統的功耗大小和應用領域的廣泛程度。其中絕緣柵場效應晶體管(IGBT)結合了MOSFET器件和BJT器件的優點：輸入阻抗高、驅動功率小、導通壓降低、開關速度快、電壓阻斷能力強、熱穩定性好。在中、大功率的電力電子設備有十分重要的應用。所以IGBT的導通壓降和電壓阻斷能力顯得尤為重要。

圖1為傳統溝槽柵IGBT的半元胞結構示意圖。器件在正向導通時，由于基區對漂移區少數載流子的抽取作用，使得漂移區內電導調制效應較弱，正向導通壓降較高；并且，由于漂移區內載流子濃度分布不夠優化，器件的關斷速度慢，在使用中會造成較大的關斷損耗，器件的導通壓降與關斷損耗折中特性較差；同時由于槽柵拐角處的電場集中效應，導致此處柵介質層的電場強度較高，極易造成柵介質層的擊穿。因此，提高柵介質層耐壓能力，改善載流子分布特性以使其具有更低的導通壓降和開關損耗的IGBT是勢在必行的，也是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

目前，硅基功率半導體器件的技術已經接近成熟，研究人員對硅基器件的相關機理也研究得十分深入，硅基的功率PIN二極管、功率雙級結型晶體管(BJT)、功率MOSFET和絕緣柵場效應管(IGBT)等多種主要器件的結構的性能均已接近硅材料的理論極限，很難通過對硅基功率器件的結構設計與優化達到性能上的大幅提升。而碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等寬禁帶半導體材料，在材料性能上更為優越，能夠對功率器件的性能有較大提升。碳化硅材料是目前器件制造工藝最成熟的第三代半導體材料的典型代表，相較與硅材料，它的遷移率、熱導率、禁帶寬度等材料特性均有較高提升，能夠在高溫、大功率、抗輻射等領域有廣泛的應用。也正是因為碳化硅具有如此優異的特性，使得技術人員在運用以碳化硅為代表的寬禁帶半導體材料制作如圖1所示的器件的結構時，期望半導體材料能夠使器件具有高的臨界擊穿電場，結合上文可知，隨著新一代半導體材料的研究和應用在不斷發展，對于溝槽型IGBT的柵介質層可靠性也提出了更高的要求。因此為了促進新一代半導體材料的應用，對功率半導體器件進行改進是十分必要的。

發明內容

鑒于現有技術的需求，本發明提供一種絕緣柵雙極晶體管，通過在傳統溝槽型IGBT器件的基區下方引入用以屏蔽漂移區與柵介質層之間電場的埋層并包圍柵介質層以及在基區上表面形成肖特基接觸金屬，在不影響閾值電壓的情況下，降低器件的正向導通壓降，進一步優化了正向導通壓降與關斷損耗之間的折中的同時削弱了柵介質層所承受的電場強度，提高了柵介質層的可靠性。此外，本發明還提供上述絕緣柵雙極晶體管的制備方法，制作工藝與現有工藝兼容性強，操作簡單可控，有利于實現大規模生產。

本發明采用如下技術方案實現：