[實用新型]一種帶有雙外延層的溝槽柵雙極型晶體管器件

有效

• 申請號: 201822269526.6
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN209183553U
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 陽平
• 申請（專利權）人: 上海擎茂微電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/41;H01L29/06
• 代理公司: 上海百一領御專利代理事務所(普通合伙) 31243
• 代理人: 王奎宇;甘章乖

本申請公開了一種帶有雙外延層的溝槽柵雙極型晶體管器件，包括硅襯底、雙外延層、溝槽區、柵氧化層、多晶硅柵電極、發射極電極、絕緣介質層、N+發射區、P+深阱區、N型場終止區、P型集電極區及集電極；雙外延層形成于硅襯底表面；溝槽區貫穿雙外延層并延伸至硅襯底；柵氧化層形成于溝槽區內；多晶硅柵電極生長于溝槽區內；N+發射區形成于雙外延層表面并與多晶硅柵電極電連接；P+深阱區形成于N+發射區之間；絕緣介質層形成于多晶硅柵電極以及雙外延層表面；發射極電極形成于N+發射區、P+深阱區以及絕緣介質層上。本申請可保證器件閾值電壓和通態電壓的一致性，并增大器件元胞區擊穿電壓。

技術領域

本申請屬于絕緣柵雙極型晶體管器件技術領域，具體涉及一種帶有雙外延層的溝槽柵雙極型晶體管器件。

背景技術

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，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BJT的低導通壓降兩方面的優點。BJT飽和壓降低，電流密度大，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，電流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，是理想的半導體功率開關器件。近年來，IGBT芯片已發展到數百安培額定電流的芯片，開關頻率可以高達100K Hz，能夠使功率模塊小型化，因此有著廣闊的發展和應用前景。

在現有溝槽型絕緣柵雙極型晶體管結構的工藝中，通常采用高能量注入磷原子并進行高溫推阱，形成空穴載流子存儲層來增大導通時的載流子濃度，從而降低導通壓降。如圖1所示，現有的溝槽柵雙極型晶體管器件包括：溝槽區290，柵氧化層291，多晶硅柵電極292，發射極電極280，絕緣介質層270，N+發射區260，載流子存儲層250，P阱區251，P+深阱區261，硅襯底240，N型場終止區230以及P型集電極區220，集電極210。在現有的采用載流子存儲技術的溝槽柵雙極型晶體管器件中，采用高能量注入磷原子，形成載流子存儲層中N型載流子的摻雜濃度呈高斯分布，其濃度分布的形貌帶有拖尾。不可避免的工藝不穩定性會對P阱區的峰值濃度造成影響，從而造成閾值電壓的不穩定性，影響器件的導通壓降，也降低器件的可靠性。

申請內容

針對上述現有技術的缺點或不足，本申請要解決的技術問題是提供一種帶有雙外延層的溝槽柵雙極型晶體管器件，本申請通過形成厚度可控，濃度均勻的N型外延層，避免了由于工藝的不穩定造成載流子存儲層濃度分布對P阱區載流子濃度的影響，從而保證了閾值電壓和通態電壓的一致性；同時也使得P型外延層和N型外延層之間的冶金結更為平緩，增大了PN結縱向耗盡展寬面積，從而增大了器件元胞區的擊穿電壓。

為解決上述技術問題，本申請具有如下構成：

一種帶有雙外延層的溝槽柵雙極型晶體管器件，包括：硅襯底、雙外延層、溝槽區、柵氧化層、多晶硅柵電極、發射極電極、絕緣介質層、N+發射區、P+深阱區、N型場終止區、P型集電極區以及集電極；所述雙外延層形成于所述硅襯底表面；所述溝槽區依次貫穿所述雙外延層并延伸至所述硅襯底設置；所述柵氧化層形成于所述溝槽區的內壁；所述多晶硅柵電極形成于所述溝槽區內；所述N+發射區形成于所述雙外延層表面，并與所述多晶硅柵電極的兩側面相連接以形成電子導電通道；所述P+深阱區形成于所述N+發射區之間，且兩者交疊設置；所述絕緣介質層形成于所述多晶硅柵電極以及所述雙外延層表面；所述發射極電極形成于所述N+發射區、所述P+深阱區以及所述絕緣介質層上；所述N型場終止區形成于所述硅襯底背面；所述P型集電極區與所述N型場終止區背面接觸；所述集電極形成于所述P型集電極區的背面。

作為進一步地改進，所述雙外延層包括N型外延層以及P型外延層，其中，所述N型外延層形成于所述硅襯底表面，所述P型外延層形成于所述N型外延層表面。