[發明專利]一種SiC逆導型絕緣柵雙極型晶體管器件及其制造方法

在審

• 申請號: 202110096995.6
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112951905A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 邱凱兵;施俊;田亮;劉昊
• 申請（專利權）人: 南瑞聯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: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 許婉靜

本發明公開了一種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；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構，各第二導電類型集電極與所述溝槽相對應。本發明的晶體管器件，將續流二極管集成到SiC IGBT中，降低電路寄生參數的同時，提高芯片面積利用率。

技術領域

本發明涉及功率半導體器件技術領域，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

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點，在功率器件領域倍受青睞。

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、工作結溫高、抗輻照能力強、工作頻率高等特點，又具有 IGBT 易于驅動、控制簡單、導通壓降低、通態電流大和損耗小的優點，是應用于固態變壓器、高壓脈沖電源、高壓逆變器、柔性交流/直流輸電系統、高壓直流輸電系統、靜止無功補償器等高壓（≥10kV）大功率領域的理想開關器件之一，具有廣闊的發展前景。

一般而言，IGBT的使用需要反并聯一個續流二極管，業界在硅器件上已有集成反并聯二極管的IGBT成為RC-IGBT。但SiC襯底較厚~350μm，且雜質擴散系數低，難以實現分離的集電區，RC-IGBT的實現方式成為從業人員需要思考的問題。

現有技術通常采用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困難，且大量雜質高能量注入對SiC晶格可能產生不可恢復的損傷，因此期望通過注入大量N型雜質反型摻雜襯底十分困難，難以實現逆導型SiC IGBT的制備。因此在使用SiC IGBT時需要反并聯一個同等電壓等級的續流二極管，不僅帶來高昂的額外成本，且增加了電路寄生參數。

發明內容

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

本發明采用的技術方案：

一種SiC逆導型絕緣柵雙極型晶體管器件，包括設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；

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構，各第二導電類型集電極與所述溝槽相對應。

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區以及一部分第一導電類型-漂移區，通過選擇性注入第二導電類型雜質形成分離的第二導電類型集電區；

3)在已形成的第二導電類型集電區上，繼續生長第一導電類型-漂移區；

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；

5)通過自對準方式在圖形掩膜側壁形成側墻；

6)通過離子注入形成第一導電類型發射區；

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；

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；