[發(fā)明專利]一種絕緣柵半導(dǎo)體器件及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110649855.7
• 申請(qǐng)日: 2021-06-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114883380A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊紹明;嚴(yán)學(xué)田;方建強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海林眾電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 上海微策知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31333
• 代理人: 湯俊明

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種絕緣柵半導(dǎo)體器件及其制備方法。一種絕緣柵半導(dǎo)體器件，自下到上依次包括集電極層、襯底層、N+型緩沖層、N?型第一漂移層、N型磊晶層、P型摻雜層、位于P型摻雜層兩側(cè)的P+型摻雜層、位于P+型摻雜層內(nèi)部的N+型摻雜層、貫穿N+型摻雜層、摻雜層并伸入第二漂移層的溝槽、位于溝槽側(cè)壁以及底部的第一絕緣隔離層、位于溝槽之上的第二絕緣隔離層、位于第二絕緣隔離層兩側(cè)的發(fā)射極層，所述發(fā)射極層的高度小于第二絕緣隔離層的高度，所述P型摻雜層的側(cè)向摻雜濃度呈梯度性變化。本技術(shù)方案中發(fā)明人通過(guò)優(yōu)化溝槽型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，可以降低發(fā)射極與集電極之間電容，的導(dǎo)通電壓，使半導(dǎo)體模塊具有低導(dǎo)通電壓、低功率損耗和高耐擊穿電壓的優(yōu)異性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種絕緣柵半導(dǎo)體器件及其制備方法。

背景技術(shù)

IGBT是絕緣柵雙極型晶體管的簡(jiǎn)稱，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有MOS的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOS驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT 綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。IGBT模塊具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點(diǎn)；當(dāng)前市場(chǎng)上銷售的多為此類模塊化產(chǎn)品，一般所說(shuō)的IGBT也指IGBT模塊；隨著節(jié)能環(huán)保等理念的推進(jìn)，此類產(chǎn)品在市場(chǎng)上將越來(lái)越多見(jiàn)。

從IGBT發(fā)明以來(lái)，人們一直致力于改善IGBT的性能。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，相繼提出了多種IGBT器件結(jié)構(gòu)，使器件性能得到了穩(wěn)步的提升。可列舉的的產(chǎn)品有IEGT(增強(qiáng)型注入絕緣閘雙極性晶體管)，通過(guò)提高N-漂移區(qū)導(dǎo)電度調(diào)變而降低模塊的導(dǎo)通壓降；CSTBT(載子儲(chǔ)存溝渠式閘極雙極性晶體管)，通過(guò)提高 N-漂移區(qū)之導(dǎo)電度調(diào)變而降低導(dǎo)通電壓；Trenchstop IGBT(溝渠式場(chǎng)終止型絕緣閘雙極性晶體管)，通過(guò)場(chǎng)終止型背部摻雜技術(shù)減少整個(gè)組件厚度降低導(dǎo)通電壓又可降低低注入效率；DG-TIGBT(雙閘極之溝渠式絕緣閘雙極性晶體管)，在組件導(dǎo)通時(shí)藉由低電流增益PNP晶體管有效的阻擋電洞，提升了在N-漂移區(qū)在靠近射極端附近的載子密度和導(dǎo)電度調(diào)變而降低導(dǎo)通壓降。溝槽柵電極的采用會(huì)導(dǎo)致發(fā)射極-集電極電容大，然而IGBT器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程就是對(duì)發(fā)射極電容進(jìn)行沖、放電的過(guò)程，發(fā)射極電容越大沖、放電時(shí)間越長(zhǎng)，大的發(fā)射極電容降低了器件的開(kāi)關(guān)速度，增大了器件的開(kāi)關(guān)損耗，影響了器件的正向?qū)▔航岛烷_(kāi)關(guān)損耗的折中特性。

現(xiàn)亟需一種既具有低導(dǎo)通電壓，關(guān)斷時(shí)又具有低功率損耗的絕緣柵半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種絕緣柵半導(dǎo)體器件，自下到上依次包括集電極層、襯底層、N+型緩沖層、N-型第一漂移層、N型磊晶層、P型摻雜層、位于P型摻雜層兩側(cè)的P+型摻雜層、位于P+型摻雜層內(nèi)部的N+型摻雜層、貫穿 N+型摻雜層、摻雜層并伸入第二漂移層的溝槽、位于溝槽側(cè)壁以及底部的第一絕緣隔離層、位于溝槽之上的第二絕緣隔離層、位于第二絕緣隔離層兩側(cè)的發(fā)射極層，所述發(fā)射極層的高度小于第二絕緣隔離層的高度,所述P型摻雜層的側(cè)向摻雜濃度呈梯度性變化。

優(yōu)選的，所述N+型緩沖層的濃度為5e¹⁶～5e¹⁸ cm^-3。

優(yōu)選的，所述N-型第一漂移層的濃度為5e¹³～3e¹⁴ cm^-3。

優(yōu)選的，所述N型磊晶層的濃度為5e¹⁵～5e¹⁶ cm^-3。

優(yōu)選的，所述P+型摻雜層下方的P型摻雜層的摻雜濃度大于N+型摻雜層下方的P型摻雜層的摻雜濃度。