[发明专利]可双端控制的沟槽型绝缘栅双极型晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电力半导体器件设计和应用领域，具体涉及一种可双端控制的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，本发明还涉及一种可双端控制的沟槽型绝缘栅双极型晶体管的制备方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，是一种由双极型晶体管与MOS场效应管复合而成的由栅极电压控制的功率半导体器件。

IGBT是20世纪80年代初为解决电力电子器件尤其是电力场效应晶体管MOSFET的高导通压降、难以制成兼有高阻断电压和大通态电流特性、电力晶体管GTR工作频率低、驱动电流大等不足而出现的复合器件。IGBT兼具MOSFET和GTR的优点，具有MOSFET的高开关速度、高输入阻抗、小的驱动功率和驱动电路简单等优点，又具有双极型晶体管的大电流、高阻断电压、低通态压降等优点，有着极好的发展前景。

大功率电力电子器件是现代电力电子技术的核心硬件，它的发展已成为衡量一个国家电力电子技术应用及发展水平的一个重要标志。从目前应用的角度看，在主流功率器件中无论是半控型的还是全控型的，绝大多数都是单向型器件，而双向型器件相对较少，但是在一些应用领域中，往往要求功率器件必须是双向型的，目前没有合适的电力电子器件能满足电路中的这些需求，通常是通过设计一个电路来代替，这会增加电路功耗，增加电路工作时候的风险，所以目前研究双向型器件是必然趋势。

IGBT的用途非常广泛，小到变频空调、静音冰箱、洗衣机、电磁炉、微波炉等家用电器，大到电力机车牵引系统都处于研制阶段。与国外相比，IGBT的制造工艺技术至少落后十年，IGBT的国产化形式相当紧迫，而且现有IGBT的正向阻断能力与反向阻断能力都较差，且其关断时间较长的问题依然没有得到解决，因此，开展IGBT的研发工作对我国国民经济和国防工业的发展具有十分重要的意义。

从目前应用的角度看，在主流功率器件中绝大多数都是单向型器件，双向型器件相对较少，但是在实际应用中，往往要求功率器件必须是双向型的，设计者通常是通过设计一个简单的电路来代替，这会增加电路功耗，对电路工作时的安全性也造成威胁。目前常规沟槽型IGBT已被广泛应用，但常规沟槽型IGBT正向阻断能力和反向阻断能力的提高一直有待解决，关断时间长与拖尾电流大的问题也一直备受关注，也有研究者提出平面栅双向型IGBT，但平面栅结构存在的各种弊端尤其是在闩锁效应方面的问题对电路正常工作造成了很大的威胁，针对平面栅双向型IGBT及常规沟槽型IGBT的缺点展开研究已发展为必然趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种可双端控制的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，解决了现有技术中双向型器件较少以及常规沟槽型IGBT的正向阻断能力弱以及反向阻断能力弱的问题。

本发明的另一个目的是提供一种可双端控制的沟槽型绝缘栅双极型晶体管的制备方法。

本发明所采用的第一种技术方案是:一种可双端控制的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，包括N-Sub型衬底，N-Sub型衬底的上下表面中部分别刻蚀有第一沟槽和第二沟槽，第一沟槽和第二沟槽内分别设置有第一SiO₂栅氧层和第二SiO₂栅氧层，第一SiO₂栅氧层和第二SiO₂栅氧层上分别淀积有第一多晶硅栅和第二多晶硅栅，第一多晶硅栅和第二多晶硅栅的外表面分别设置有第一电极和第二电极，第一SiO₂栅氧层两侧对称设置有第一P+阱，第一SiO₂栅氧层和第一P+阱之间设置有第一N+阱；第二SiO₂栅氧层两侧对称设置有第二P+阱，第二SiO₂栅氧层和第二P+阱之间设置有第二N+阱；第一沟槽的两侧且在可双端控制的沟槽型绝缘栅双极型晶体管的上表面分别设置有第三电极；第二沟槽的两侧且在可双端控制的沟槽型绝缘栅双极型晶体管的下表面分别设置有第四电极。

本发明的特点还在于，

第一P+阱和第二P+阱的掺杂剂为B离子，所述的N-sub衬底、第一N+阱、第二N+阱、第一多晶硅栅、第二多晶硅栅的掺杂剂为P离子。

第一多晶硅栅和第二多晶硅栅的掺杂浓度均为1×10¹⁹cm^-3-1×10²¹cm^-3；第一多晶硅栅和第二多晶硅栅槽深均为4μm～10μm，宽度均为4μm～10μm，且第一多晶硅栅和第二多晶硅栅的参数相同。