[發明專利]一種非對稱溝槽柵SiC IGBT器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202210586128.5
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN115148800A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 楊雨;田曉麗;劉新宇;白云;楊成樾;王二俊;湯益丹;陳宏
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/47
• 分類號: H01L29/47;H01L29/06;H01L29/417;H01L29/739;H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本發明涉及一種非對稱溝槽柵SiC IGBT器件，該器件通過在非導電側P阱區(即第一阱區)上方、導電側P型接觸區制作肖特基接觸，從而形成一定勢壘，阻止空穴直接從接地的P阱區與P型接觸區逸出，提升空穴濃度，從而顯著降低器件的正向導通壓降，減少通態損耗，顯著增強器件的導電能力，同時擊穿電壓與柵極氧化物電場沒有退化。本發明還涉及所述非對稱溝槽柵SiCIGBT器件的制備方法，該制備工藝簡單。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，具體涉及一種非對稱溝槽柵SiC IGBT器件及其制備方法。

背景技術

碳化硅(SiC)作為第三代半導體材料的代表之一，具有更大的禁帶寬度、更高的熱導率、更強的抗輻照能力、更高的臨界擊穿場強、更快的電子飽和速度等優勢。SiC材料優勢與絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)器件優勢的結合使得SiC IGBT在具有高耐壓的同時能兼顧良好的導通性能，IGBT兼具功率MOSFET通過柵極電壓控制開啟和關斷，以及雙極型晶體管(Bipolar Junction Transistor，BJT)電流大、壓降小的優點。在新能源汽車中，IGBT是各控制系統的核心部件。IGBT模塊在智能電網中從發電到用電的全過程都有應用：光伏發電中電壓的交直流轉換要使用IGBT模塊；高壓直流輸電(High Voltage Direct CurrentTransmission，HVDC)中柔性輸電技術通過使用IGBT可以提高能效；微波爐、LED照明燈等都對IGBT有大量的需求。

隨著功率器件得到的應用越來越廣泛，器件本身參數指標也越來越重要，縱觀SiCIGBT發展歷程，研究團隊初期主要關注提高擊穿電壓與降低導通壓降兩個方面，當器件基本的靜態性能達到預期后，現在也開始進行柵氧電場保護、降低損耗、短路能力等方面的研究，根據設計需求合理折中導通特性、耐壓能力、開關損耗、短路耐受時間等不同指標。為了降低導通壓降，提高導電能力，研究人員開發了溝槽柵IGBT。溝槽柵IGBT消除了JFET區，溝道密度高，載流子存儲效果明顯，具有類似PiN二極管的雙向電導調制效應，從而降低了導通壓降，改善了器件的導電能力。然而，現有的溝槽柵IGBT的導通壓降雖然降低，但是其擊穿電壓與柵極氧化物電場發生了退化。

現有技術中，如圖13所示的非對稱溝槽柵SiC IGBT器件，金屬層600的材質為鎳鈦鋁合金，高溫退火后，其金屬層600與第一P阱區301a、P型重摻雜接觸區，303為N型重摻雜源區均形成歐姆接觸。此結構的非對稱溝槽柵SiC IGBT器件電導調制效應不強空穴會從接地的發射極直接逸出，因此導電效果較差。

因此，需要開發一種改進的溝槽柵IGBT，其在擊穿電壓與柵極氧化物電場沒有退化的前提下具有顯著降低的導通壓降。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺點，提供一種非對稱溝槽柵SiC IGBT器件，該器件通過在非導電側P阱區(即第一P阱區)、P型倒摻雜接觸區上方制作肖特基接觸，從而形成一定勢壘，阻止空穴直接從接地的第一P阱區逸出，提升空穴濃度，從而顯著降低器件的正向導通壓降，減少通態損耗，顯著增強器件的導電能力，同時擊穿電壓與柵極氧化物電場沒有退化。

本發明采用了如下技術方案：

一種非對稱溝槽柵SiC IGBT器件，包括：

集電極；

P型集電層，所述P型集電層設置在所述集電極的上表面；

N型漂移層，所述N型漂移層設置在所述P型集電層的上表面，所述N型漂移層上表面的表層設有彼此分離的第一P阱區和第二P阱區，所述第二P阱區上表面的淺表層設有P型倒摻雜接觸區和N型重摻雜源區，所述P型倒摻雜接觸區和所述N型重摻雜源區彼此接觸；

溝槽柵單元，所述溝槽柵單元設置在所述第一P阱區和所述第二P阱區之間并且與它們接觸，所述溝槽柵單元與所述N型重摻雜源區接觸；

發射極，所述發射極覆蓋所述N型重摻雜源區的上表面，與所述N型重摻雜源區形成歐姆接觸；以及