[發明專利]一種絕緣柵半導體器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202110649855.7
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN114883380A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 楊紹明;嚴學田;方建強
• 申請（專利權）人: 上海林眾電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 上海微策知識產權代理事務所(普通合伙) 31333
• 代理人: 湯俊明

本發明涉及半導體技術領域，更具體地涉及一種絕緣柵半導體器件及其制備方法。一種絕緣柵半導體器件，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型摻雜層兩側的P+型摻雜層、位于P+型摻雜層內部的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的發射極層，所述發射極層的高度小于第二絕緣隔離層的高度，所述P型摻雜層的側向摻雜濃度呈梯度性變化。本技術方案中發明人通過優化溝槽型半導體的結構，可以降低發射極與集電極之間電容，的導通電壓，使半導體模塊具有低導通電壓、低功率損耗和高耐擊穿電壓的優異性能。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，更具體地涉及一種絕緣柵半導體器件及其制備方法。

背景技術

IGBT是絕緣柵雙極型晶體管的簡稱，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,兼有MOS的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOS驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT 綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。IGBT模塊具有節能、安裝維修方便、散熱穩定等特點；當前市場上銷售的多為此類模塊化產品，一般所說的IGBT也指IGBT模塊；隨著節能環保等理念的推進，此類產品在市場上將越來越多見。

從IGBT發明以來，人們一直致力于改善IGBT的性能。經過幾十年的發展，相繼提出了多種IGBT器件結構，使器件性能得到了穩步的提升。可列舉的的產品有IEGT(增強型注入絕緣閘雙極性晶體管)，通過提高N-漂移區導電度調變而降低模塊的導通壓降；CSTBT(載子儲存溝渠式閘極雙極性晶體管)，通過提高 N-漂移區之導電度調變而降低導通電壓；Trenchstop IGBT(溝渠式場終止型絕緣閘雙極性晶體管)，通過場終止型背部摻雜技術減少整個組件厚度降低導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)，在組件導通時藉由低電流增益PNP晶體管有效的阻擋電洞，提升了在N-漂移區在靠近射極端附近的載子密度和導電度調變而降低導通壓降。溝槽柵電極的采用會導致發射極-集電極電容大，然而IGBT器件的開關過程就是對發射極電容進行沖、放電的過程，發射極電容越大沖、放電時間越長，大的發射極電容降低了器件的開關速度，增大了器件的開關損耗，影響了器件的正向導通壓降和開關損耗的折中特性。

現亟需一種既具有低導通電壓，關斷時又具有低功率損耗的絕緣柵半導體器件。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種絕緣柵半導體器件，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型摻雜層兩側的P+型摻雜層、位于P+型摻雜層內部的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的發射極層，所述發射極層的高度小于第二絕緣隔離層的高度,所述P型摻雜層的側向摻雜濃度呈梯度性變化。

優選的，所述N+型緩沖層的濃度為5e¹⁶～5e¹⁸ cm^-3。

優選的，所述N-型第一漂移層的濃度為5e¹³～3e¹⁴ cm^-3。

優選的，所述N型磊晶層的濃度為5e¹⁵～5e¹⁶ cm^-3。

優選的，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。