[发明专利]一种绝缘栅双极晶体管及其制备方法

说明书

一种绝缘栅双极晶体管及其制备方法，属于功率半导体技术领域。本发明通过在传统沟槽型IGBT器件的基区下方引入用以屏蔽漂移区与栅介质层之间电场的埋层并包围栅介质层以及在基区上表面形成肖特基接触金属，在不影响阈值电压等参数的条件下，降低了器件的导通压降，改善了载流子分布，优化了导通压降与关断损耗的折中特性，避免了栅介质层的击穿和高场下的退化，提高了器件的击穿电压和长期工作可靠性。并且本发明器件的制作工艺与现有工艺兼容性强，操作简单可控，有利于实现大规模生产。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种绝缘栅双极晶体管及其制备方法。

背景技术

功率半导体器件是电力电子系统中的关键组成部分。随着电力电子技术在多种行业取得了十分重要的应用，功率半导体器件的性能好坏与电能转换效率的高低直接决定了电力电子系统的功耗大小和应用领域的广泛程度。其中绝缘栅场效应晶体管(IGBT)结合了MOSFET器件和BJT器件的优点：输入阻抗高、驱动功率小、导通压降低、开关速度快、电压阻断能力强、热稳定性好。在中、大功率的电力电子设备有十分重要的应用。所以IGBT的导通压降和电压阻断能力显得尤为重要。

图1为传统沟槽栅IGBT的半元胞结构示意图。器件在正向导通时，由于基区对漂移区少数载流子的抽取作用，使得漂移区内电导调制效应较弱，正向导通压降较高；并且，由于漂移区内载流子浓度分布不够优化，器件的关断速度慢，在使用中会造成较大的关断损耗，器件的导通压降与关断损耗折中特性较差；同时由于槽栅拐角处的电场集中效应，导致此处栅介质层的电场强度较高，极易造成栅介质层的击穿。因此，提高栅介质层耐压能力，改善载流子分布特性以使其具有更低的导通压降和开关损耗的IGBT是势在必行的，也是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

目前，硅基功率半导体器件的技术已经接近成熟，研究人员对硅基器件的相关机理也研究得十分深入，硅基的功率PIN二极管、功率双级结型晶体管(BJT)、功率MOSFET和绝缘栅场效应管(IGBT)等多种主要器件的结构的性能均已接近硅材料的理论极限，很难通过对硅基功率器件的结构设计与优化达到性能上的大幅提升。而碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料，在材料性能上更为优越，能够对功率器件的性能有较大提升。碳化硅材料是目前器件制造工艺最成熟的第三代半导体材料的典型代表，相较与硅材料，它的迁移率、热导率、禁带宽度等材料特性均有较高提升，能够在高温、大功率、抗辐射等领域有广泛的应用。也正是因为碳化硅具有如此优异的特性，使得技术人员在运用以碳化硅为代表的宽禁带半导体材料制作如图1所示的器件的结构时，期望半导体材料能够使器件具有高的临界击穿电场，结合上文可知，随着新一代半导体材料的研究和应用在不断发展，对于沟槽型IGBT的栅介质层可靠性也提出了更高的要求。因此为了促进新一代半导体材料的应用，对功率半导体器件进行改进是十分必要的。

发明内容

鉴于现有技术的需求，本发明提供一种绝缘栅双极晶体管，通过在传统沟槽型IGBT器件的基区下方引入用以屏蔽漂移区与栅介质层之间电场的埋层并包围栅介质层以及在基区上表面形成肖特基接触金属，在不影响阈值电压的情况下，降低器件的正向导通压降，进一步优化了正向导通压降与关断损耗之间的折中的同时削弱了栅介质层所承受的电场强度，提高了栅介质层的可靠性。此外，本发明还提供上述绝缘栅双极晶体管的制备方法，制作工艺与现有工艺兼容性强，操作简单可控，有利于实现大规模生产。

本发明采用如下技术方案实现：