一种功率IGBT器件及制备方法技术

本发明专利技术提供一种功率IGBT器件及制备方法，器件包括集电极、P型集电区、N型场阻止层、N型漂移区、氧化层、和发射极，在所述N型漂移区内部顶层中间区域设置有一个沟槽栅极结构；所述沟槽栅极结构内部设置有栅电极和氧化层；器件沟槽栅极结构一侧的第一浮空P型基区阻断了所述沟槽栅极结构和第二浮空P型基区的电场，削弱了所述沟槽栅极结构和第二浮空P型基区之间的耦合作用，提高了所述功率IGBT器件的栅控能力和阻断能力。力和阻断能力。力和阻断能力。

【技术实现步骤摘要】
一种功率IGBT器件及制备方法


[0001]本专利技术属于本专利技术属于功率半导体器件领域，具体是一种功率IGBT器件。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)结合了MOSFET易于驱动控制、输入阻抗高与GTR电流密度大、饱和压降低的优点，被广泛应用于轨道交通、新能源汽车、高压直流输电等领域。从IGBT诞生以来，其性能得到不断的提高，并且还将向着更高电压、更大电流、更高工作温度、更低损耗等方向发展。
[0003]高压IGBT的栅结构可以分为平面栅型结构和槽栅型结构。平面栅型IGBT由于其存在JFET区，相对于槽栅型IGBT(Trench IGBT)结构，饱和压降更高，导通损耗更大。相对于平面栅型结构，TIGBT具更小的元胞间距，因此具有跟高的沟道密度，电流密度大，更广泛的应用于高压大电流的场景。但是由于TIGBT沟道密度的增大，导致其短路电流增大，抗短路能力下降，并且由于槽的引入，在槽栅底部引入了高电场，限制了TIGBT阻断能力的提升。为解决这个矛盾，可以在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率IGBT器件，其特征在于，元胞结构从下至上依次包括：集电极(14)、P型集电区(1)、N型场阻止层(2)、N型漂移区(3)、氧化层(7)和发射极(9)，在所述N型漂移区(3)内部顶层中间区域设置有一个沟槽栅极结构；所述沟槽栅极结构内部设置有栅电极(8)和氧化层(7)；所述沟槽栅极结构左侧设有第一浮空P型基区(101)和第二浮空P型基区(102)，所述第一浮空P型基区(101)通过所述N型漂移区(3)与所述沟槽栅极结构相隔离；所述第一浮空P型基区(101)和第二浮空P型基区(102)之间通过所述N型漂移区(3)相隔离；所述第一浮空P型基区(101)和第二浮空P型基区(102)的上表面平齐；所述第一浮空P型基区(101)和第二浮空P型基区(102)的下表面平齐且低于所述沟槽栅极结构的下表面；所述第二浮空P型基区(102)顶部设有N型第二基区(12)、P型第二集电区(11)和沟槽介质层(13)；所述N型第二基区(12)的上表面和P型第二集电区(11)的下表面相互接触；所述N型第二基区(12)、P型第二集电区(11)的右侧面和所述沟槽介质层(13)的左侧面相互接触；所述沟槽介质层(13)的上表面与所述P型第二集电区(11)的上表面平齐；所述沟槽介质层(13)的下表面低于所述N型第二基区(12)的下表面；所述沟槽介质层(13)的下表面高于或平齐所述沟槽栅极结构的下表面；所述沟槽栅极结构右侧设有P型半导体体区(4)；在所述P型半导体体区(4)上方设有N型半导体发射区(5)和P型半导体欧姆接触区(6)；所述N型半导体发射区(5)与所述沟槽栅极结构侧面接触；所述P型半导体欧姆接触区(6)与所述N型半导体发射区(5)远离所述沟槽栅极结构的侧面接触，且不与沟槽栅极结构接触；所述P型半导体欧姆接触区(6)的上表面和所述N型半导体发射区(5)的上表面平齐；所述P型半导体体区(4)的下表面高于所述栅电极(8)的下表面；所述N型半导体发射区(5)和P型半导体欧姆接触区(6)通过发射极(9)与P型第二集电区(11)相接触；所述氧化层(7)覆盖在N型半导体发射区(5)、栅电极(8)、N型漂移区(3)、第一浮空P型基区(101)、第二浮空P型基区(102)、沟槽介质层(13)上；所述发射极(9)覆盖在所述N型半导体发射区(5)、P型半导体欧姆接触区(6)、氧化层(7)和P型第二集电区(11)上。2.根据权利要求1所述的一种功率IGBT器件，其特征在于：P型第二集电区(11)、N型第二基区(12)与浮空P型基区(10)形成的三极管在所述器件通态条件下，所述三极管基区不会全耗尽。3.根据权利要求1所述的一种功率IGBT器件，其特征在于：沟槽介质层(13)在阻断状态下位于第二浮空P型基区(102)的中性区内。4.根据权利要求1所述的一种功率IGBT器件，其特征在于：器件沟槽栅极结构一侧的第一浮空P型基区(101)阻断了所述沟槽栅极结构和第二浮空P型基区(102)的电场，削弱了所述沟槽栅极结构和第二浮空P型基区(102)之间的耦合作用，提高了所述功率IGBT器件的栅控能力和阻断能力。5.根据权利要求1所述的一种功率IGBT器件，其特征在于：所述P型第二集电区(11)的掺杂方式为非均匀掺杂或者均匀掺杂；并且/或者所述N型第二基区(12)的掺杂方式为非均匀掺杂或者均匀掺杂。6.根据权利要求1所述的一种功率IGBT器件，其特征在于：所述第一浮空P型基区(101)和第二浮空P型基区(102)的掺杂方式为非均匀掺杂或者均匀掺杂。
7.根据权利要求1所述的一种功率IGBT器件，其特征在于：所有P型与N型导电类型区互换；器件所用半导体材料为单晶硅、碳化硅或者氮化镓。8.权利要求1至7任意一项所述的一种功率IGBT器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)单晶硅准备及外延生长；在N型衬底上形成N型漂移区(3)；N型衬底采用N
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单晶硅衬底，N型衬底上使用外延工艺形成N型漂移区(3)；(2)刻槽；淀积硬掩膜作为阻挡层，利用光刻选择性刻蚀硬掩模，再进行沟槽刻蚀，利用反应离子刻蚀或等离子刻蚀在所述N型漂移区(3)中刻蚀形成沟槽；(3)热氧化层生长；进行氧化层热生长，在所述沟槽侧壁和器件顶部上形成氧化层(7)；(4)多晶硅的淀积与刻蚀；淀积多晶硅，多晶硅的厚度要保证能够填满所述沟槽区域，刻蚀多晶硅形成栅电极(8)；(5)离子注入；在沟槽栅极结构的右侧注入硼离子，形成P型半导体体区(4)，P型半导体体区(4)的垂直深度不超过栅电极(8)的深度；(6)离子注入；在沟槽栅极结构的左侧注入硼离子，形成第一浮空P型基区(101)和第二浮空P型基区(102)，所述第一浮空P型基区(101)、第二浮空P型基区(102)的垂直深度超过所述沟槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽宏，黄龄萱，杨洋，赵一尚，王彤阳，刘小菡，夏梓铭，陈雨佳，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
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