[發(fā)明專利]一種SiC逆導型絕緣柵雙極型晶體管器件及其制造方法

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• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112951905A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱凱兵;施俊;田亮;劉昊
• 申請（專利權(quán)）人: 南瑞聯(lián)研半導體有限責任公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/423;H01L21/329
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 許婉靜

本發(fā)明公開了一種SiC逆導型絕緣柵雙極型晶體管器件及其制造方法，晶體管器件包括金屬集電極，從金屬集電極開始依次布置有第一導電類型襯底、第一導電類型buffer層、第二導電類型集電極、第一導電類型漂移區(qū)；在第一導電類型襯底和第一導電類型buffer層中有若干個溝槽，溝槽穿透第一導電類型襯底層和第一導電類型buffer層，溝槽內(nèi)的填充集電極穿透第一導電類型襯底和第一導電類型buffer后與第二導電類型集電極相連；所述第二導電類型集電極是相互分離的陣列結(jié)構(gòu)，各第二導電類型集電極與所述溝槽相對應(yīng)。本發(fā)明的晶體管器件，將續(xù)流二極管集成到SiC IGBT中，降低電路寄生參數(shù)的同時，提高芯片面積利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率半導體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種SiC逆導型絕緣柵雙極型晶體管器件及其制造方法。

背景技術(shù)

碳化硅（SiC）作為第三代寬禁帶材料，具有禁帶寬度大，臨界擊穿電場高，熱導率高，載流子飽和速度高等優(yōu)點，在功率器件領(lǐng)域倍受青睞。

碳化硅絕緣柵雙極晶體管（SiC IGBT）不僅具有 SiC 材料阻斷電壓高、工作結(jié)溫高、抗輻照能力強、工作頻率高等特點，又具有 IGBT 易于驅(qū)動、控制簡單、導通壓降低、通態(tài)電流大和損耗小的優(yōu)點，是應(yīng)用于固態(tài)變壓器、高壓脈沖電源、高壓逆變器、柔性交流/直流輸電系統(tǒng)、高壓直流輸電系統(tǒng)、靜止無功補償器等高壓（≥10kV）大功率領(lǐng)域的理想開關(guān)器件之一，具有廣闊的發(fā)展前景。

一般而言，IGBT的使用需要反并聯(lián)一個續(xù)流二極管，業(yè)界在硅器件上已有集成反并聯(lián)二極管的IGBT成為RC-IGBT。但SiC襯底較厚~350μm，且雜質(zhì)擴散系數(shù)低，難以實現(xiàn)分離的集電區(qū)，RC-IGBT的實現(xiàn)方式成為從業(yè)人員需要思考的問題。

現(xiàn)有技術(shù)通常采用P型SiC襯底形成N溝道IGBT，即使減薄后襯底厚度高達-150μm，由于襯底厚度大注入實現(xiàn)困難，且大量雜質(zhì)高能量注入對SiC晶格可能產(chǎn)生不可恢復的損傷，因此期望通過注入大量N型雜質(zhì)反型摻雜襯底十分困難，難以實現(xiàn)逆導型SiC IGBT的制備。因此在使用SiC IGBT時需要反并聯(lián)一個同等電壓等級的續(xù)流二極管，不僅帶來高昂的額外成本，且增加了電路寄生參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：提供一種SiC逆導型絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法，降低電路寄生參數(shù)的同時，提高芯片面積利用率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：

一種SiC逆導型絕緣柵雙極型晶體管器件，包括設(shè)置于背面的金屬集電極，從金屬集電極開始依次布置有第一導電類型襯底、第一導電類型buffer層、第二導電類型集電極、第一導電類型漂移區(qū)；

在第一導電類型襯底和第一導電類型buffer層中有若干個溝槽，溝槽穿透第一導電類型襯底層和第一導電類型buffer層，溝槽內(nèi)的填充集電極穿透第一導電類型襯底和第一導電類型buffer后與第二導電類型集電極相連；

所述第二導電類型集電極是相互分離的陣列結(jié)構(gòu)，各第二導電類型集電極與所述溝槽相對應(yīng)。

一種SiC逆導型絕緣柵雙極型晶體管器件的制造方法，包括以下步驟：

1)選定第一導電類型襯底；

2)在第一導電類型襯底上生長外延層，形成第一導電類型buffer區(qū)以及一部分第一導電類型-漂移區(qū)，通過選擇性注入第二導電類型雜質(zhì)形成分離的第二導電類型集電區(qū)；

3)在已形成的第二導電類型集電區(qū)上，繼續(xù)生長第一導電類型-漂移區(qū)；

4)通過圖形掩膜阻擋，選擇性離子注入形成第二導電類型阱區(qū)；

5)通過自對準方式在圖形掩膜側(cè)壁形成側(cè)墻；

6)通過離子注入形成第一導電類型發(fā)射區(qū)；

7)通過圖形掩膜阻擋選擇性離子注入形成重摻雜第二導電類型區(qū)；

8)去除表面掩膜，涂覆碳膜保護后進行高溫退火；

9)去除碳膜并犧牲氧化處理表面后，通過熱氧生長或者沉積方式形成柵極絕緣層；