绝缘栅双极晶体管制造技术

本发明专利技术的绝缘栅双极晶体管通过在衬底区域设置高浓度杂质掺杂的P型多晶硅或无定形硅，高浓度杂质掺杂的P型多晶硅或无定形硅包括为背P型发射区和衬底层材料，控制降低N型基区少子的数量，因此本发明专利技术实现在厚衬底片，抑制调节宽禁带半导体材料绝缘栅双极晶体管背部P型发射区的少子注入，优化器件开关性能。

Insulated gate bipolar transistor

The insulated gate bipolar transistor of the invention controls the reduction of the number of minority carriers in the N-type base region by setting high concentration impurity doped P-type polycrystalline silicon or amorphous silicon in the substrate region, and the high concentration impurity doped P-type polycrystalline silicon or amorphous silicon includes back P-type emitter region and substrate material. The minority carrier injection in the P-type emitter region at the back of the wide gap semiconductor insulated gate bipolar transistor is adjusted to optimize the switching performance of the device.

【技术实现步骤摘要】
绝缘栅双极晶体管
本专利技术涉及到一种绝缘栅双极晶体管。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,简称IGBT)是一种集金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的栅电极电压控制特性和双极晶体管(BJT)的低导通电阻特性于一身的半导体功率器件，具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、导通电阻小、开关损耗低及工作频率高等特性，是比较理想的半导体功率开关器件，有着广阔的发展和应用前景。为了控制绝缘栅双极晶体管背部P型发射区的少子注入，人们提出了进行背部减薄，在N型基区背部注入形成薄轻掺杂P型发射区，或者背部部分区域形成侵入P型发射区部分区域形成N型基区接触区，以此降低少子注入；但对于宽禁带半导体材料因N型基区相对硅材料为薄层结构，难以在N型基区背部形成薄轻掺杂P型发射区结构或者部分P型发射区结构。
技术实现思路
本专利技术提供一种类绝缘栅双极晶体管。一种绝缘栅双极晶体管，包括N型基区，为N型宽禁带半导体材料构成；P型基区、N+型源区、栅绝缘层和栅极介质，为宽禁带半导体材料构成，位于N型基区上方；衬底P+发射区，位于N型基区下部，为高浓度杂质掺杂的P型多晶硅或无定形硅，厚度大于100微米。其中禁带半导体材料为禁带宽度大于1.8电子伏特，如氮化镓、碳化硅、金刚石半导体材料。所述的衬底P+发射区与N型基区之间部分区域设置绝缘材料层。所述的衬底P+发射区与N型基区之间包括为沟槽结构，沟槽位于衬底P+发射区中，衬底P+发射区表面和沟槽侧壁设置绝缘材料层，沟槽底部不设置绝缘材料层，沟槽底部衬底P+发射区与N型基区之间相连。一种绝缘栅双极晶体管，包括N型基区，为N型宽禁带半导体材料构成；P型基区、N+型源区、栅绝缘层和栅极介质，为宽禁带半导体材料构成，位于N型基区上方；薄层P发射区，为轻掺杂P型宽禁带半导体材料，位于N型基区下部，其中轻掺杂代表掺杂浓度低于欧姆接触掺杂浓度，以碳化硅包括4H和3C结构为例，轻掺杂代表掺杂浓度低于1e17cm-3；衬底层，位于薄层P+发射区下部，为高浓度杂质掺杂的P型多晶硅或无定形硅，厚度大于100微米。其中禁带半导体材料为禁带宽度大于1.8电子伏特，如氮化镓、碳化硅、金刚石半导体材料。所述的薄层P+发射区厚度包括小于1微米。上述薄层P发射区包括部分位于N型基区与衬底层之间，同时N型基区与衬底层之间部分区域相互接触。上述绝缘栅双极晶体管的栅绝缘层和栅极介质可以位于器件表面为平面结构，也可以位于器件表面沟槽内为沟槽结构。上述绝缘栅双极晶体管N型基区内下部可以设置N+缓冲层。上述绝缘栅双极晶体管衬底高浓度杂质掺杂的P型多晶硅或无定形硅与宽禁带半导体材料之间包括设置用于降低晶格缺陷的缓冲层材料。本专利技术的绝缘栅双极晶体管通过在衬底区域设置高浓度杂质掺杂的P型多晶硅或无定形硅，高浓度杂质掺杂的P型多晶硅或无定形硅包括为背P型发射区和衬底层材料，抑制调节N型基区少子的数量，因此本专利技术实现在厚衬底片上抑制宽禁带半导体材料绝缘栅双极晶体管背部P型发射区的少子注入，提高器件开关性能。附图说明图1为本专利技术的一种绝缘栅双极晶体管剖面示意图；图2为本专利技术的第二种绝缘栅双极晶体管剖面示意图；图3为本专利技术的第三种绝缘栅双极晶体管剖面示意图；图4为本专利技术的第四种绝缘栅双极晶体管剖面示意图；图5为本专利技术的第五种绝缘栅双极晶体管剖面示意图；其中，1、衬底层；2、碳化硅薄层P发射区；3、N型碳化硅基区；4、P型碳化硅基区；5、N+型碳化硅源区；6、绝缘层；7、栅极介质。具体实施方式图1为本专利技术的一种绝缘栅双极晶体管的剖面图，下面结合图1详细说明本专利技术的半导体装置。一种绝缘栅双极晶体管，包括：N型基区3，为N型的碳化硅半导体材料；P型基区4，位于N型基区3之上，为P型碳化硅半导体材料；N+型碳化硅源区5，位于P型基区4之上，为N型的碳化硅半导体材料；绝缘层6，为二氧化硅栅绝缘层材料，位于器件表面；栅极介质7，位于栅绝缘层6表面，为重掺杂的多晶硅；衬底层1为衬底P+发射区，位于N型基区3下部，厚度为150微米，为重掺杂P型多晶硅。图2为本专利技术的一种绝缘栅双极晶体管的剖面图，下面结合图2详细说明本专利技术的半导体装置。一种绝缘栅双极晶体管，包括：N型基区3，为N型的碳化硅半导体材料；P型基区4，位于N型基区3之上，为P型碳化硅半导体材料；N+型碳化硅源区5，位于P型基区4之上，为N型的碳化硅半导体材料；绝缘层6，为二氧化硅栅绝缘层材料，位于器件表面；栅极介质7，位于栅绝缘层6表面，为重掺杂的多晶硅；衬底层1为衬底P+发射区，位于N型基区3下部，厚度为150微米，为重掺杂P型多晶硅。衬底层1和N型基区3之间均匀设置多个部分绝缘层6，为二氧化硅，以此减少缺陷和抑制衬底层1空穴注入浓度。图3为本专利技术的第三种绝缘栅双极晶体管的剖面图，下面结合图3详细说明本专利技术的半导体装置。一种绝缘栅双极晶体管，包括：N型基区3，为N型的碳化硅半导体材料；P型基区4，位于N型基区3之上，为P型碳化硅半导体材料；N+型碳化硅源区5，位于P型基区4之上，为N型的碳化硅半导体材料；绝缘层6，为二氧化硅栅绝缘层材料，位于器件表面；栅极介质7，位于栅绝缘层6表面，为重掺杂的多晶硅；衬底层1为衬底P+发射区，位于N型基区3下部，厚度为150微米，为重掺杂P型多晶硅，在衬底层1中均匀设置多个沟槽，在沟槽底部设置衬底层1和N型基区3接触，沟槽其它区域设置绝缘层6二氧化硅进行隔离，以此减少缺陷和抑制衬底层空穴注入浓度。图4为本专利技术的一种绝缘栅双极晶体管的剖面图，下面结合图4详细说明本专利技术的半导体装置。一种绝缘栅双极晶体管，包括：N型基区3，为N型的碳化硅半导体材料；P型基区4，位于N型基区3之上，为P型碳化硅半导体材料；N+型碳化硅源区5，位于P型基区4之上，为N型的碳化硅半导体材料；绝缘层6，为二氧化硅栅绝缘层材料，位于器件表面；栅极介质7，位于栅绝缘层6表面，为重掺杂的多晶硅；碳化硅薄层P发射区2，位于N型基区3下部，为1微米厚度的P型碳化硅半导体材料，掺杂浓度为1E16cm-3；衬底层1为衬底P+发射区，位于碳化硅薄层P发射区下部，厚度为150微米，为重掺杂P型多晶硅。图5为本专利技术的第五种绝缘栅双极晶体管的剖面图，下面结合图5详细说明本专利技术的半导体装置。一种绝缘栅双极晶体管，包括：N型基区3，为N型的碳化硅半导体材料；P型基区4，位于N型基区3之上，为P型碳化硅半导体材料；N+型碳化硅源区5，位于P型基区4之上，为N型的碳化硅半导体材料；绝缘层6，为二氧化硅栅绝缘层材料，位于器件表面；栅极介质7，位于栅绝缘层6表面，为重掺杂的多晶硅；衬底层1为衬底P+发射区，位于N型基区下部，厚度为150微米，为重掺杂P型多晶硅。多个碳化硅薄层P发射区2，均匀设置于N型基区和衬底层之间部分区域，为1微米厚度的P型碳化硅半导体材料，掺杂浓度为1E16cm-3。通过上述实例阐述了本专利技术，同时也可以采用其它实例实现本专利技术，本专利技术不局限于上述具体实例，因此本专利技术由所附权利要求范围限定。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：包括：N型基区，为N型宽禁带半导体材料构成；P型基区、N+型源区、栅绝缘层和栅极介质，为宽禁带半导体材料构成，位于N型基区上方；衬底P+发射区，位于N型基区下部，为高浓度杂质掺杂的P型多晶硅或无定形硅。

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极晶体管，其特征在于：包括：N型基区，为N型宽禁带半导体材料构成；P型基区、N+型源区、栅绝缘层和栅极介质，为宽禁带半导体材料构成，位于N型基区上方；衬底P+发射区，位于N型基区下部，为高浓度杂质掺杂的P型多晶硅或无定形硅。2.如权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于：所述的宽禁带为禁带宽度大于1.8电子伏特，如氮化镓、碳化硅、金刚石。3.如权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于：所述的衬底P+发射区与N型基区之间部分区域设置绝缘材料层。4.如权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于：所述的衬底P+发射区与N型基区之间包括为沟槽结构，沟槽位于衬底P+发射区中，衬底P+发...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱江，
申请(专利权)人：朱江，
类型：发明
国别省市：辽宁,21