[發(fā)明專利]一種多溝道溝槽絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法

在審

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• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112701159A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉斯揚;嚴曉雯;付浩;隗兆祥;周華;魏家行;孫偉鋒;時龍興
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/423;H01L29/167;H01L21/331
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 馮慧

本發(fā)明提出了一種多溝道溝槽絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法，包括P型襯底，N型緩沖層，N型漂移區(qū)，第一P型基區(qū)，第一P型接觸區(qū)，第一N型發(fā)射極區(qū)，溝槽下方設(shè)有第二P型基區(qū)、第二P型接觸區(qū)、第二N型發(fā)射極區(qū)和P型屏蔽層，溝槽的內(nèi)壁及底部設(shè)有柵氧化層，柵氧化層內(nèi)設(shè)有多晶硅柵，溝槽上覆蓋有鈍化層，上表面形成第一發(fā)射極金屬和第二發(fā)射極金屬，P型襯底下表面形成集電極金屬。本發(fā)明在形成溝槽前，在溝槽下方多次進行P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的離子注入，提升發(fā)射極注入效應(yīng)，從而產(chǎn)生較強的漂移區(qū)電導調(diào)制效應(yīng)，使漂移區(qū)電阻率顯著下降，大幅降低了器件的導通電阻；同時增加導電溝道，降低了溝道電阻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導體器件結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種多溝道溝槽器件結(jié)構(gòu)，同時涉及其在寬禁帶半導體襯底上的制造技術(shù)，具體而言是一種多溝道溝槽絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)

碳化硅器件的一個問題是由于其高界面陷阱密度的影響，溝道載流子遷移率較體內(nèi)載流子遷移率明顯降低，溝道導通電阻在器件總的導通電阻中占據(jù)相當大的比例，使其難以獲得預期的低導通電阻。絕緣柵雙極型晶體管(Insulated gate bipolartransistor，IGBT)是一種MOS電壓控制和雙極晶體管相結(jié)合的復合器件，具有MOSFET的高輸入阻抗、易于驅(qū)動等優(yōu)點，也具有雙極晶體管的大電流密度、低飽和壓降等特點。

碳化硅IGBT是一種雙極型器件，流入漂移區(qū)的電子電流作為PNP晶體管的基極驅(qū)動電流，引發(fā)空穴從重摻雜的集電區(qū)擴散注入到漂移區(qū)，產(chǎn)生電導調(diào)制效應(yīng)，即由于注入空穴濃度遠大于漂移區(qū)摻雜濃度，為了維持器件漂移區(qū)電中性，漂移區(qū)將建立和注入空穴濃度有同樣梯度的電子濃度分布，從而使漂移區(qū)電阻率顯著下降，大大降低了導通電阻，使得在阻斷電壓增大時，導通電阻增加得很小，適合于工作在高壓大功率領(lǐng)域。

溝槽結(jié)構(gòu)的存在使溝道垂直分布，單個元胞的面積減小，使得單位面積的電流密度提高，使溝槽器件具有良好的正向?qū)ㄌ匦院烷_關(guān)速度。但是，溝槽IGBT主要面臨兩個問題：一是溝槽柵結(jié)構(gòu)的引入帶來柵介質(zhì)可靠性問題，會造成器件器件提前擊穿；二是垂直溝道中低的溝道遷移率導致了大的溝道電阻，降低了發(fā)射極注入效應(yīng)影響漂移區(qū)的電導調(diào)制效應(yīng)。

由于溝槽尖角的存在，溝槽拐角處存在高電場，擊穿電壓降低，保護溝槽尖角成為待解決的問題，P型屏蔽層技術(shù)的引入改善了溝槽下方的電場分布，以提高擊穿電壓。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多溝道溝槽絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法，能增加導電溝道，降低溝道電阻，提升發(fā)射極注入效應(yīng)，使漂移區(qū)產(chǎn)生較強的電導調(diào)制效應(yīng)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明所述的一種多溝道溝槽絕緣柵雙極型晶體管，包括P型襯底，在P型襯底的一個表面上設(shè)有集電極金屬，在P型襯底的另一個表面上設(shè)有N型緩沖層，在N型緩沖層上設(shè)有N型漂移區(qū)，在N型漂移區(qū)上設(shè)有第一P型基區(qū)，在第一P型基區(qū)上設(shè)有第一P型接觸區(qū)和第一N型發(fā)射極區(qū)且所述第一P型接觸區(qū)位于第一N型發(fā)射極區(qū)的外側(cè)，在第一N型發(fā)射極區(qū)上開設(shè)溝槽且所述溝槽深至N型漂移區(qū)內(nèi)，在所述溝槽的內(nèi)壁及底部設(shè)有柵氧化層，在柵氧化層內(nèi)設(shè)有多晶硅柵，在所述溝槽上覆蓋有鈍化層，在第一P型接觸區(qū)和第一N型發(fā)射極區(qū)上連接有第一發(fā)射極金屬，在所述溝槽下方設(shè)有第二P型基區(qū)、第二P型接觸區(qū)和第二N型發(fā)射極區(qū)，在第二P型接觸區(qū)和第二N型發(fā)射極區(qū)下方設(shè)有P型屏蔽層，并且，所述第二P型接觸區(qū)、第二N型發(fā)射極區(qū)和P型屏蔽層由第二P型基區(qū)包裹，在第二P型接觸區(qū)和第二N型發(fā)射極區(qū)連接有第二發(fā)射極金屬且第二發(fā)射極金屬與第一發(fā)射極金屬連接。

本發(fā)明所述的一種多溝道溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，

步驟一：取一P型襯底層，在P型襯底層上生長形成N型緩沖層和N型漂移區(qū)；

步驟二：使用刻蝕工藝在N型漂移區(qū)上開設(shè)溝槽；

步驟三：在溝槽底部進行P型雜質(zhì)的離子注入以形成第二P型基區(qū)；