一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法，所述绝缘栅双极晶体管包括：衬底；缓冲层，形成于所述衬底上；外延层，形成于所述缓冲层上；结型场效应结构JFET区，形成于所述外延层内，JFET区的宽度为2.5～12μm；CJI掺杂区，形成于所述JFET区中，且所述掺杂区位于栅介质层的厚度拐点处；第一栅介质层，形成于所述外延层上，所述第一栅介质层的厚度为0.5μm～1.2μm。

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法
本专利技术涉及半导体器件
，尤其涉及一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法。
技术介绍
第三代半导体材料碳化硅(SiC)，具有禁带宽度大，临界击穿场强高、热导率和电子饱和速率高等优点，非常适合制作高压、高温、高频、大功率半导体器件。在碳化硅绝缘栅双极晶体管设计和制备中，存在诸多挑战，栅介质层的耐压及可靠性，器件的击穿电压，正向导通压降，及动态特性等都是需要关注的，但是现有技术中无法在保证器件击穿电压的同时，确保可以降低器件的正向导通压降及反馈电容，以及提高栅介质层的耐压及可靠性。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术实施例提供了一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法，用于解决现有技术中的绝缘栅双晶体管无法同时保证器件击穿电压、器件的正向导通压降、反馈电容以及栅介质层的耐压性及可靠性的技术问题。本专利技术提供一种绝缘栅双极晶体管，所述绝缘栅双极晶体管包括：衬底；缓冲层，形成于所述衬底上；外延层，形成于所述缓冲层上；结型场效应结构(JFET，JunctionField-Effect)区，形成于所述外延层内，所述JFET区的宽度为2.5～12μm；中心JFET注入(CJI，CentralJFETImplant)掺杂区，形成于所述JFET区中，且所述掺杂区位于栅介质层的厚度拐点处；第一栅介质层，形成于所述外延层上，所述第一栅介质层的厚度为0.5μm～1.2μm；所述栅介质层包括所述第一栅介质层。上述方案中，所述CJI掺杂区的数量与栅介质层的厚度拐点数量一致，所述栅介质层包括所述第一栅介质层。上述方案中，所述绝缘栅双极晶体管还包括：基区Base区，形成于所述外延层内；源区，形成于所述外延层内，所述源区位于所述Base区上方；源极欧姆接触区，形成于所述外延层内，所述源极欧姆接触区位于所述源区的一侧；第二栅介质层，形成于所述外延层上，所述第二栅介质层位于所述第一栅介质层的两侧；栅极，形成于所述外延层上，并位于第一栅介质层及所述第二栅介质层上；源极，形成于所述外延层上，所述源极分别与所述源极欧姆接触区及源区相连。上述方案中，所述CJI掺杂区与Base区之间留有预设的距离。上述方案中，所述绝缘栅双极晶体管还包括：隔离介质，所述隔离介质形成于所述栅极上。本专利技术还提供一种绝缘栅极管的制作方法，所述方法包括：在衬底上外延生长缓冲层；在所述缓冲层上外延生长外延层；在所述外延层内通过离子注入及退火工艺分别形成中心JFET注入CJI掺杂区及基区Base区，所述CJI掺杂区位于栅介质层的厚度拐点处，所述JFET区位于两个相邻所述Base区之间，所述JFET区的宽度为2.5μm～12μm；在所述外延层上形成第一栅介质层，所述栅介质层包括所述第一栅介质层。上述方案中，所述在所述缓冲层上外延生长外延层后，包括：在温度为400℃～500℃时，在所述外延层内采用离子注入工艺，形成源极欧姆接触区；在温度为400℃～500℃时，在所述外延层内采用离子注入工艺，形成源区；在温度为1500℃～1700℃时，在惰性气体氛围中，对离子注入后的所述外延层进行激活退火。上述方案中，所述在所述外延层内利通过离子注入及退火工艺分别形成CJI掺杂区及Base区，包括：在温度为400℃～500℃时，在所述外延层内采用离子注入工艺，在栅介质层的厚度拐点处形成所述CJI掺杂区；在温度为400℃～500℃时，在所述外延层内采用离子注入工艺，形成所述Base区。上述方案中，所述CJI掺杂区的数量与栅介质层的厚度拐点数量一致，所述栅介质层包括所述第一栅介质层。上述方案中，所述CJI掺杂区与所述Base区之间留有预设的距离。本专利技术提供了一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法，所述绝缘栅双极晶体管包括：衬底；缓冲层，形成于所述衬底上；外延层，形成于所述缓冲层上；结型场效应结构JFET区，形成于所述外延层内，JFET区的宽度为2.5～12μm；中心JFET注入CJI掺杂区，形成于所述JFET区中，且所述CJI掺杂区位于栅介质层的厚度拐点处；第一栅介质层，形成于所述外延层上，所述第一栅介质层的厚度为0.5μm～1.2μm；所述栅介质层包括所述第一栅介质层；如此，因CJI掺杂区可降低栅介质层厚度拐点处的电场强度，优化了电场分布，可以提高整个栅介质层的可靠性及稳定性；将第一栅介质层的厚度设置为0.5μm～1.2μm，可以降低整个栅介质层的电场强度及反馈电容，进一步提高栅介质可靠性，优化动态特性；同时对JFET区的宽度设置为2.5～12μm，可在不影响击穿电压的情况下降低晶体管器件的正向导通电压；这样就可以同时确保器件击穿电压、器件的正向导通压降、反馈电容以及栅介质层的耐压性及可靠。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的绝缘栅双极晶体管的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例二提供的绝缘栅双极晶体管的制作方法流程示意图。具体实施方式为了解决现有技术中的绝缘栅双晶体管无法同时保证器件击穿电压、器件的正向导通压降以及栅介质层的耐压性及可靠性的技术问题，本专利技术提供了一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法，本专利技术提供了一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法，所述绝缘栅双极晶体管包括：衬底；缓冲层，形成于所述衬底上；外延层，形成于所述缓冲层上；结型场效应结构JFET区，形成于所述外延层内，JFET区的宽度为2.5～12μm；中心JFET注入CJI掺杂区，形成于所述JFET区中，且所述CJI掺杂区位于栅介质层的厚度拐点处；第一栅介质层，形成于所述外延层上，所述第一栅介质层的厚度为0.5μm～1.2μm。下面通过附图及具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。实施例一本实施例提供一种绝缘栅双极晶体管，如图1所示，所述绝缘栅双极晶体管包括：衬底101；缓冲层102、外延层103、JFET区104、CJI掺杂区105、第一栅介质层106；其中，衬底101为第一重掺杂类型的SiC衬底，第一重掺杂类型可以为N型或者P型，本实施例中的衬底101可以为N型SiC衬底，也可以为P型SiC衬底，掺杂浓度为1018～1019cm-3。缓冲层102为第二掺杂类型的SiC缓冲层，外延形成于衬底101上；第二掺杂类型可以为P型或者N型，本实施例中的缓冲层102为P型SiC缓冲层。缓冲层102的掺杂水平和厚度可以根据晶体管器件的击穿电压、正向导通压降和动态特性来具体设定，动态特性是指晶体管开关特性和电容特性。其中，对于应用领域为10kV的晶体管而言，缓冲层102的掺杂浓度可以为1*1017～2*1017cm-3，厚度可以为1～3μm。外延层103为第二掺杂类型的SiC外延层，外延生长形成于所述缓冲层102上。具体地，在缓冲层102的正面利用化学气相沉积(CVD，ChemicalVaporDeposition)方法外延生长外延层103；外延层103的掺杂浓度和厚度需根据碳化硅绝缘栅双极晶体管的击穿电压、正向导通压降和动态特性来具体设定。一般来说，晶体管应用在10kV的高压领域时，外延层103的掺杂浓度为1.5*1014～5*1014cm-3，优选地为2*1014cm-3，厚度为100～150μm。外延层103形成之后，在外延层103内通过不同条件的离子注入及退火工艺分别形成Base区107、源区108、源极欧姆接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述绝缘栅双极晶体管包括：衬底；缓冲层，形成于所述衬底上；外延层，形成于所述缓冲层上；结型场效应结构JFET区，形成于所述外延层内，所述JFET区的宽度为2.5～12μm；中心JFET注入CJI掺杂区，形成于所述JFET区中，且所述掺杂区位于栅介质层的厚度拐点处；第一栅介质层，形成于所述外延层上，所述第一栅介质层的厚度为0.5μm～1.2μm；所述栅介质层包括所述第一栅介质层。

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述绝缘栅双极晶体管包括：衬底；缓冲层，形成于所述衬底上；外延层，形成于所述缓冲层上；结型场效应结构JFET区，形成于所述外延层内，所述JFET区的宽度为2.5～12μm；中心JFET注入CJI掺杂区，形成于所述JFET区中，且所述掺杂区位于栅介质层的厚度拐点处；第一栅介质层，形成于所述外延层上，所述第一栅介质层的厚度为0.5μm～1.2μm；所述栅介质层包括所述第一栅介质层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CJI掺杂区的数量与栅介质层的厚度拐点数量一致，所述栅介质层包括所述第一栅介质层。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘栅双极晶体管还包括：基区Base区，形成于所述外延层内；源区，形成于所述外延层内，所述源区位于所述Base区上方；源极欧姆接触区，形成于所述外延层内，所述源极欧姆接触区位于所述源区的一侧；第二栅介质层，形成于所述外延层上，所述第二栅介质层位于所述第一栅介质层的两侧；栅极，形成于所述外延层上，并位于第一栅介质层及所述第二栅介质层上；源极，形成于所述外延层上，所述源极分别与所述源极欧姆接触区及源区相连。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CJI掺杂区与Base区之间留有预设的距离。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘栅双极晶体管还包括：隔离介质，所述隔离介质形成于所述栅极上。6.一种绝缘栅极管的制作方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：田晓丽，谭犇，宋瓘，白云，杨成樾，刘新宇，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11