低关断损耗的超级结绝缘栅双极型晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种低关断损耗的超级结绝缘栅双极型晶体管及其制作方法。所述超级结绝缘栅双极型晶体管包括第一导电类型的集电区、第二导电类型的漂移区、第二导电类型的外延层和第一导电类型的阱区；集电区与集电极配合设置；漂移区形成在集电区上，并且漂移区内分布有多个超级结区；外延层形成在漂移区上，阱区形成在外延层上部，并且外延层及阱区内设置有栅极；阱区上部形成有第二导电类型的发射极；其中，超级结区包括第一导电类型的柱，第一导电类型的柱填充于第一沟槽内；晶体管还包括第二导电类型的高掺杂区，高掺杂区沿周向包围柱的侧壁。本发明专利技术提供的超级结绝缘栅双极型晶体管，提升了关断时空间电场的建立速度，降低了关断能量损耗。关断能量损耗。关断能量损耗。

【技术实现步骤摘要】
低关断损耗的超级结绝缘栅双极型晶体管及其制作方法


[0001]本专利技术涉及表面改性
，尤其涉及一种低关断损耗的超级结绝缘栅双极型晶体管及其制作方法。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极型晶体管(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
[0003]超级结IGBT作为新一代高速IGBT设计技术，其优异的电学性能已经获得实验验证。器件结构如图1所示，其中，1是第一导电类型的集电区，2是第二导电类型的漂移区，3是第一导电类型的超级结区域，4是第二导电类型的外延层，5是栅氧化层，6是栅极，7是第一导电类型的阱区，8是第二导电类型的发射极，9是介质层，10是发射极金属，11是第一导电类型的集电极，12是集电极金属。
[0004]受制于双极性器件的电导调制效应，上述超级结IGBT在关断过程中，空间电场建立速度较慢，导致器件具有较大的关断能量损耗，不利于超级结IGBT的推广应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种低关断损耗的超级结绝缘栅双极型晶体管及其制作方法，以提升超结IGBT关断过程中，电场的建立速度，即提高dv/dt，最终实现降低开关损耗的目的。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种低关断损耗的超级结绝缘栅双极型晶体管，包括第一导电类型的集电区、第二导电类型的漂移区、第二导电类型的外延层和第一导电类型的阱区；
[0008]所述集电区与集电极配合设置；
[0009]所述漂移区形成在集电区上，并且所述漂移区内分布有多个超级结区；
[0010]所述外延层形成在漂移区上，所述阱区形成在外延层上部，并且所述外延层及阱区内设置有栅极；
[0011]所述阱区上部形成有第二导电类型的发射极；
[0012]其中，所述超级结区包括第一导电类型的柱，所述第一导电类型的柱填充于第一沟槽内；
[0013]所述晶体管还包括第二导电类型的高掺杂区，所述高掺杂区沿周向包围所述柱的侧壁。
[0014]第二方面，本专利技术还提供一种上述超级结绝缘栅双极型晶体管的制作方法，包括：
[0015]在作为集电区的衬底上形成漂移区的步骤；
[0016]在所述漂移区内制作超级结区的步骤；
[0017]在所述漂移区上形成外延层以及在所述外延层内制作栅极的步骤；
[0018]在外延层上部形成阱区的步骤；
[0019]在阱区上部形成发射极的步骤；以及
[0020]制作与集电区配合的集电极的步骤；
[0021]所述在漂移区内制作超级结区的步骤包括：
[0022]在漂移区内开设第一沟槽；
[0023]在所述第一沟槽的内壁上形成连续的高掺杂区；
[0024]在所述第一沟槽内填充第一导电类型的柱。
[0025]基于上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：
[0026]本专利技术所提供的低关断损耗的超级结绝缘栅双极型晶体管在传统超级结IGBT结构基础上，于超级结侧壁引入与超级结的柱导电类型相反的高掺杂区，用于加速器件关断过程中的载流子复合速率，提升了空间电场的建立速度，降低了关断能量损耗。
[0027]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
[0028]图1是本专利技术一典型实施案例提供的现有技术中的超级结IGBT器件结构示意图；
[0029]图2是本专利技术一典型实施案例提供的超级结IGBT器件结构示意图；
[0030]图3是本专利技术一典型实施案例提供的制作方法的整体流程示意图；
[0031]图4是本专利技术一典型实施案例提供的制作方法的一步骤中的超级结IGBT器件结构示意图；
[0032]图5是本专利技术一典型实施案例提供的制作方法的另一步骤中的超级结IGBT器件结构示意图；
[0033]图6是本专利技术一典型实施案例提供的制作方法的又一步骤中的超级结IGBT器件结构示意图；
[0034]图7是本专利技术一典型实施案例提供的制作方法的又一步骤中的超级结IGBT器件结构示意图；
[0035]图8是本专利技术一典型实施案例提供的制作方法的又一步骤中的超级结IGBT器件结构示意图；
[0036]图9是本专利技术一典型实施案例提供的制作方法的又一步骤中的超级结IGBT器件结构示意图；
[0037]图10是本专利技术一典型实施案例提供的制作方法的又一步骤中的超级结IGBT器件结构示意图；
[0038]图11是本专利技术一典型实施案例提供的制作方法的又一步骤中的超级结IGBT器件结构示意图；
[0039]图12是本专利技术一典型实施案例提供的制作方法的又一步骤中的超级结IGBT器件结构示意图；
[0040]图13是本专利技术一典型实施案例提供的制作方法的又一步骤中的超级结IGBT器件结构示意图；
[0041]附图标记说明：1、集电区；2、漂移区；3、超级结的柱；4、外延层；5、栅氧化层；6、栅极；7、阱区；8、发射极；9、介质层；10、发射极金属；11、集电极；12、集电极金属；13、高掺杂区；
[0042]101、第一掩模图形；102、第一沟槽；103、第二沟槽；104、第二掩模图形。
具体实施方式
[0043]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0044]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0045]而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件或方法步骤区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件或方法步骤之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0046]参见图2，本专利技术实施例提供的一种低关断损耗的超级结绝缘栅双极型晶体管，包括第一导电类型的集电区1、第二导电类型的漂移区2、第二导电类型的外延层4和第一导电类型的阱区7；所述集电区1与集电极11配合设置；所述漂移区2形成在集电区1上，并且所述漂移区2内分布有多个超级结区；所述外延层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低关断损耗的超级结绝缘栅双极型晶体管，包括第一导电类型的集电区、第二导电类型的漂移区、第二导电类型的外延层和第一导电类型的阱区；所述集电区与集电极配合设置；所述漂移区形成在集电区上，并且所述漂移区内分布有多个超级结区；所述外延层形成在漂移区上，所述阱区形成在外延层上部，并且所述外延层及阱区内设置有栅极；所述阱区上部形成有第二导电类型的发射极；其中，所述超级结区包括第一导电类型的柱，所述第一导电类型的柱填充于第一沟槽内；其特征在于：所述晶体管还包括第二导电类型的高掺杂区，所述高掺杂区沿周向包围所述柱的侧壁。2.根据权利要求1所述的超级结绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述高掺杂区的厚度为所述柱的直径的1/20至1/10；和/或，所述高掺杂区的掺杂浓度为所述柱的掺杂浓度的2
‑
10倍。3.根据权利要求1所述的超级结绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述高掺杂区直接包覆所述柱的侧壁；和/或，所述柱的一端与外延层接触，另一端与集电区之间被漂移区的局部区域间隔。4.根据权利要求1所述的超级结绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述阱区上面覆盖有发射极金属，所述发射极金属与所述发射极以及阱区均电性接触；所述阱区表面与栅极对应区域上覆盖有介质层，所述介质层用于将栅极与发射极金属电性隔离；和/或，所述集电极远离所述漂移区的一面覆盖有与所述集电极电性接触的集电极金属。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁金伟，卢烁今，
申请(专利权)人：深圳市千屹芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：