[發明專利]基于縱向肖特基隧穿發射結的半導體垂直IGBT及制備方法

在審

• 申請號: 202011490832.8
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112614884A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 趙勝雷;劉爽;張進成;宋秀峰;張葦杭;陳大正;王中旭;郝躍
• 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;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明公開了一種基于縱向肖特基隧穿發射結的半導體垂直IGBT及制備方法，包括：P+襯底層(1)、n+緩沖層(2)、n?漂移層(3)、兩個發射極(4)、柵介質層(5)、柵極(6)、兩個金屬加厚層(7)、鈍化層(8)、集電極(9)。本發明簡化了IGBT功率器件的工藝制造過程并使得其可以不需要P型基區便可以實現器件功能，提高了器件的擊穿電壓和降低了器件的導通電阻，從而提升了器件的高輸出功率性能。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種基于縱向肖特基隧穿發射結的半導體垂直IGBT及制備方法。

背景技術

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)功率半導體器件應用于電子制造業和工業控制中的電能轉換和電路控制，隨著電子信息產業對新型電力電子器件以及能源節約的需求日益增加，研發出新型優良器件結構、高轉換效率和低能耗的半導體功率器件是有效解決需求的有效方案之一。IGBT功率半導體器件由于兼具了MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬-氧化物半導體場效應晶體管)器件和雙極結型晶體管的工作機理，具有低通態壓降、高輸入阻抗、低驅動功率、高開關速度以及低開關損耗等優點。

隨著功率器件領域的不斷發展，IGBT功率器件的材料從Si材料變換到GaAs材料，都使得器件的功率特性得到了很大的提升。但是到目前為止，傳統的第一代Si材料和第二代GaAs材料制作的功率半導體器件性能已經接近了由材料特性決定的理論極限。以第三代寬禁帶半導體GaN、SiC材料為代表的功率器件具有高耐壓、高飽和電子速率和高輸出功率外，基于寬禁帶材料的IGBT功率器件具有更高的轉換效率和更低的能耗，是最具良好性能前景的功率器件結構。

目前的寬禁帶IGBT功率器件受制于非常復雜的工藝制造過程，不成熟的工藝使得寬禁帶IGBT功率器件的功率特性很低，并未得到廣泛的研究、開發和應用。原因之一是為了實現高功率IGBT功率器件的高可靠性和不受環境噪聲的影響，通常會采用柵凹槽刻蝕工藝形成增強型IGBT功率器件，這會使得器件的制作工藝非常復雜。原因之二是由于傳統寬禁帶IGBT功率器件的P型基區摻雜激活率非常低，使得寬禁帶IGBT功率器件可承受的耐壓變低和導通電阻增加，那么對應的IGBT功率器件輸出的功率品質因數變低，降低了寬禁帶IGBT器件的高功率性能。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于縱向肖特基隧穿發射結的半導體垂直IGBT及制備方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

一種基于縱向肖特基隧穿發射結的半導體垂直IGBT，包括：

P+襯底層；

n+緩沖層，所述n+緩沖層設置于所述P+襯底層上；

n-漂移層，所述n-漂移層設置于所述n+緩沖層上，在所述n-漂移層兩端設置有兩個兩級臺階，且在兩個所述兩級臺階之間還設置有一凹槽，所述兩級臺階包括第一級臺階和第二級臺階，所述第一級臺階位于所述第二級臺階的下方，且所述第二級臺階靠近所述n-漂移層的中心；

兩個發射極，兩個所述發射極分別設置于所述n-漂移層兩端的所述第二級臺階上；

柵介質層，所述柵介質層設置于所述n-漂移層的凹槽和兩個所述發射極上；

柵極，所述柵極設置于位于所述n-漂移層凹槽內的所述柵介質層上，且所述柵極的下表面低于所述發射極的下表面；

兩個金屬加厚層，一個所述金屬加厚層設置于處于一端的所述發射極和所述柵介質層上，另一個所述金屬加厚層設置于處于另一端的所述發射極和所述柵介質層上，所述柵極和所述金屬加厚層之間存在間隙；

鈍化層，所述鈍化層設置于所述n-漂移層、所述柵介質層、所述柵極和兩個所述金屬加厚層上；