一种新型碳化硅沟槽式绝缘栅双极晶体管制造技术

本实用新型专利技术提出了一种新型碳化硅沟槽式绝缘栅双极晶体管，包括：第一导电类型的碳化硅衬底；具有与该第一导电类型相反电性的第二导电类型的漂移区，设置于该衬底上；具有第二导电类型的电流分布层设置于该漂移区上；具有第一导电类型的第一阱区设置于该电流分布层上；具有第二导电类型的第二阱区设置于第一阱区上；具有第一导电类型的基区设置于第二阱区上；具有第二导电类型的第一接触源极区设置于基区并且与该发射极接触区相邻但相隔开；该发射极接触区、第一接触源极区与第二接触源极区；多个沟槽形成于基区并垂直延伸至漂移区中；栅极，设置于衬底上方相应的每一个沟槽中，包括于相应沟槽内的侧壁形成栅极绝缘层，并以多晶硅填充。

【技术实现步骤摘要】
一种新型碳化硅沟槽式绝缘栅双极晶体管
本技术涉及一种绝缘栅双极晶体管，特别是一种新型碳化硅沟槽式绝缘栅双极晶体管。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种由MOSFET驱动的BJT晶体管，融合了MOSFET和BJT这两种器件的优点，是一种理想的开关器件，广泛应用在新能源、车用电子、智能电网等领域。具有沟槽栅结构的IGBT器件与平面栅结构的IGBT器件相比具有下列优点：首先，沟槽栅结构可以减小器件的元胞尺寸、增大器件的沟道密度，进而减小器件的导通电阻。其次，沟槽栅结构去除了平面栅结构的寄生JFET区域，进一步减低器件的沟道电阻。最后，与平面栅结构相比，沟槽栅结构具有较强的抗闩锁能力。传统沟槽式栅结构的IGBT，其元胞结构如图1所示，包括栅极氧化层(gateoxidelayer)101形成于沟槽侧壁，沟槽内则填满多晶硅(polysilicon)103作为栅极电极。此垂直沟槽式栅极，包括第一栅极(Gate1)与第二栅极(Gate2)，皆具有深度由发射极(emitter)的P+/N+掺杂区域(104a/104b)经P型阱区(P-well)113延伸至N型漂移(N-drift)区域115。此外，N型缓冲层(N-buffer)106形成于P+(阳极/集电极)衬底105之上，所述N型漂移区域115形成于N型缓冲层106上。采用这种沟槽式栅极电极设计，导通损耗较低，因为沟槽设计提供垂直MOS沟道，其提供增强的电子注入垂直方向并且不会有JFET效应。因此，沟槽单元显示出载流子增益大大地改善对降低损失的贡献。由于垂直沟道设计，沟槽也提供较少的PNP效应，改善了MOS沟道的电子扩散问题。沟槽设计提供了大的沟槽单元填充密度减少沟道阻力。然而，于器件应用上，例如作为马达反相器的功率开关，需要具有低集电极-发射极饱和电压VCE(ON)以及短路耐受时间Tsc，然而在沟槽式IGBT器件设计中会因为增加Tsc而导致VCE(ON)增加因而劣化沟槽式IGBT器件整体性能。由于SiC具有独特的物理、化学及电学特性，使SiC-IGBT器件于高温、高频及抗辐照等极端条件的应用上极具发展潜力。为了避免沟槽式SiC-IGBT器件发生如上述传统沟槽式栅结构Si-IGBT的类似问题，本技术提出一种新型碳化硅沟槽式栅结构绝缘栅双极晶体管，与传统型的双栅极沟槽IGBT结构相比，改良型碳化硅双栅极沟槽式IGBT结构多了P-基区与N-阱，其中P-基区、N-阱、以及P-阱形成低增益的PNP晶体管，增强了N-漂移区的电导调制效应，此外，设置电流分布层于P型阱区与N型漂移区之间。此一新结构的碳化硅沟槽式栅结构IGBT，其与传统型的沟槽式IGBT相比可以增强导通调变、具有较低的沟道电阻，可以有效降低集电发射极饱和电压VCE(ON)，增进器件的工作效能。
技术实现思路
本技术提出了一种新型碳化硅沟槽式栅结构绝缘栅双极晶体管，其包括：具有第一导电类型的碳化硅衬底；具有与该第一导电类型相反电气的第二导电类型的漂移区，设置于该衬底上；具有第二导电类型的电流分布层设置于该漂移区上；具有第一导电类型的第一阱区设置于该电流分布层上；具有第二导电类型的第二阱区设置于该第一阱区上；具有第一导电类型的基区设置于该第二阱区上；具有第一导电类型的发射极接触区设置于该第一导电类型的基区；具有第二导电类型的第一接触源极区设置于该基区并且与该发射极接触区相邻但相隔开；具有第二导电类型的第二接触源极区设置于该基区并且与该发射极接触区相邻但相隔开并位于第一接触源极区的相对侧；发射极电极接触该第一接触源极区、该发射极接触区以及该第二接触源极区；多个沟槽形成于该基区并垂直延伸至该漂移区中；栅极，置于该衬底上方相应的每一个该沟槽中，包括于相应沟槽内的侧壁形成栅极绝缘层，并以多晶硅填充；其中该栅极绝缘层电气隔开该栅极与该第一或第二接触源极区、该栅极与该第一阱区、该栅极与该电流分布层、以及该栅极与该漂移区。根据本技术的一个观点，所述第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。附图说明本技术的器件，特征和优点可以通过说明书中所概述的较佳实施例的详细描述和附图来理解：图1为传统沟槽式栅结构IGBT示意图。图2为本技术所提出的新型沟槽式栅结构IGBT结构示意图。图3为本技术所提出的新型沟槽式栅结构IGBT的制作工艺步骤流程示意图。图4为本技术所提出的形成新型沟槽式栅结构IGBT的制作工艺步骤流程示意图。图5为本技术所提出的形成新型沟槽式栅结构IGBT的制作工艺步骤流程示意图。图6为本技术中的形成新型沟槽式栅结构IGBT的制作工艺步骤流程示意图。主要器件符号说明：101栅极氧化层103多晶硅104aP+掺杂区域104bN+掺杂区域105衬底113P型阱区115N型漂移区106N型缓冲层201SiC衬底203N型缓冲层205N型漂移区207电流分布层209P型阱区211N型接触区213P型接触区215栅极氧化层215a多晶硅320掩膜版330离子注入320a硬式掩膜版209aN型阱区210P型基区具体实施方式现在将更详细地描述本技术的一些较佳实施例。然而，应该认识到，提供本技术的较佳实施例是为了说明而不是限制本技术。另外，除了明确描述的那些实施例之外，本技术还可以在广泛的其他实施例中实施，除非在所附权利要求中指定，否则本技术的范围不受明确限制。本技术提出一种新型碳化硅(SiC)沟槽式绝缘栅双极晶体管，其结构剖面示意图如图2所示。上述沟槽式绝缘栅双极晶体管包括一个P型SiC半导体衬底201，N型SiC缓冲层203形成于SiC衬底201上，一个轻掺杂的N型SiC半导体材料作为漂移区205形成于N型缓冲层(SiC)203之上，在N型漂移区(SiC)205上依序形成电流分布层(SiC)207(或称载流子储存层)、P型阱区209(SiC)、N型阱区(SiC)209a、以及P型基区(SiC)210，其中P型基区210、N型阱区209a、以及P型阱区209形成低增益(low-gain)的PNP晶体管，增强了N型漂移区205的电导调制效应，此外，设置电流分布层207于P型阱区与N型漂移区之间。沟槽形成于P型阱区209并向下延伸至位于P型阱区209与N型漂移区205之间的电流分布层207以及N型漂移区205，作为栅极沟槽。其中电流分布层207是N型掺杂，掺杂浓度大于N型漂移区，其浓度范围约在1×1015cm-3至1×1017cm-3，因而会使得器件的沟道电阻Rch减小，使得电流分布层207可以加速上述低掺杂N型漂移区与MOS沟道220间的电流传导，增强电导调制，可以有效降低集电极-发射极饱和电压VCE(ON)，增进器件的工作效能。沟槽内生长一层氧化层215作为栅极氧化层，用以电气隔离栅极的多晶硅与P型阱区209、电流分布层207、以及N型漂移区205。其中，绝缘栅双极晶体管的栅极氧化层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型碳化硅沟槽式绝缘栅双极晶体管，其特征在于，其包括：具有第一导电类型的碳化硅衬底；具有与该第一导电类型相反电气的第二导电类型的漂移层，设置于该衬底上；具有第二导电类型的电流分布层设置于该漂移层上；具有第一导电类型的第一阱区设置于该电流分布层上；具有第二导电类型的第二阱区设置于该第一阱区上；具有第一导电类型的基区设置于该第二阱区上；具有第一导电类型的发射极接触区设置于该第一导电类型的基区；具有第二导电类型的第一接触源极区设置于该基区并且与该发射极接触区相邻但相隔开；具有第二导电类型的第二接触源极区设置于该基区并且与该发射极接触区相邻但相隔开并位于第一接触源极区的相对侧；发射极电极接触该第一接触源极区、该发射极接触区以及该第二接触源极区；多个沟槽形成于该基区并垂直延伸至该漂移层中；栅极，置于该衬底上方相应的每一个该沟槽中，包括于相应沟槽内的侧壁形成栅极绝缘层，并以多晶硅填充；其中该栅极绝缘层电气隔开该栅极与该第一或第二接触源极区、该栅极与该第一阱区、该栅极与该电流分布层、以及该栅极与该漂移层。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型碳化硅沟槽式绝缘栅双极晶体管，其特征在于，其包括：具有第一导电类型的碳化硅衬底；具有与该第一导电类型相反电气的第二导电类型的漂移层，设置于该衬底上；具有第二导电类型的电流分布层设置于该漂移层上；具有第一导电类型的第一阱区设置于该电流分布层上；具有第二导电类型的第二阱区设置于该第一阱区上；具有第一导电类型的基区设置于该第二阱区上；具有第一导电类型的发射极接触区设置于该第一导电类型的基区；具有第二导电类型的第一接触源极区设置于该基区并且与该发射极接触区相邻但相隔开；具有第二导电类型的第二接触源极区设置于该基区并且与该发射极接触区相邻但相隔开并位于第一接触源极区的相对侧；发射极电极接触该第一接触源极区、该发射极接触区以及该第二接触源极区；多个沟槽形成于该基区并垂直延伸至该漂移层中；栅极，置于该衬底上方相应的每一个该沟槽中，包括于相应沟槽内的侧壁形成栅极绝缘层，并以多晶硅填充；其中该栅极绝缘层电气隔开该栅极与该第一或第二接触源极区、该栅极与该第一阱区、该栅极与该电流分布层、以及该栅极与该漂移层。


2.根据权利要求1所述新型碳化硅沟槽式绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴茂州，高巍，廖运健，
申请(专利权)人：成都蓉矽半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51