[发明专利]一种碳化硅绝缘栅双极晶体管及其制作方法

说明书

一种碳化硅绝缘栅双极晶体管，该晶体管包括：N型重掺杂第一场截止层；N型重掺杂第二场截止层形成于N型重掺杂第一场截止层之上；N型轻掺杂漂移层形成于N型重掺杂第二场截止层之上；调控P型Base区形成于N型轻掺杂漂移层内；N型重掺杂源区形成于调控P型Base区内；源极金属形成于调控P型Base区的部分区域内以及N型重掺杂源区的部分上表面，且与N型重掺杂源区的上表面和侧壁形成欧姆接触；栅介质层形成于N型轻掺杂漂移层之上；栅极形成于栅介质层之上；层间介质形成于栅极之上及栅极的两侧，以隔离栅极和源极金属；P型重掺杂集电极区形成于N型重掺杂第一场截止层的背面。本发明通过形成双层场截止层结构，优化了器件特性，提高了鲁棒性。

技术领域

本发明涉及半导体器件制作技术领域，尤其涉及一种碳化硅绝缘栅双极晶体管及其制作方法。

背景技术

第三代半导体材料碳化硅(SiC)，具有禁带宽度大，临界击穿场强高、热导率和电子饱和速率高等优点，非常适合制作高压、高温、高频、大功率半导体器件。碳化硅绝缘栅双极晶体管因其电导调制效应，在智能电网、固态变压器、高压传输等高压领域具有良好的应用前景和优势。

碳化硅绝缘栅双极晶体管有N沟道和P沟道，N沟道IGBT使用P型掺杂衬底，P沟道IGBT使用N型掺杂衬底。由于电子相对空穴较高的迁移率，因此N沟道IGBT更容易实现高电流能力。这也是目前碳化硅绝缘栅双极晶体管设计追求的目标之一，实现低的导通压降和高电流能力。同时对于碳化硅绝缘栅双极晶体管，如何在保证击穿电压的同时，实现静、动态性能的优化折中，提高可靠性和鲁棒性，一直都是器件设计和研究的重点。

目前制备N沟道IGBT主要有两种技术途径，一种是采用P型衬底材料直接制备，另一种是采用外延翻转(Flip-Type)技术制备。针对第一种技术，如图1所示，直接采用P型重掺杂衬底作为器件背面集电极，然后在P型重掺杂衬底上外延生长漂移层，再在漂移层上进行器件正面工艺。然而对于这种技术，P型衬底材料的电阻率比N型衬底高50至100倍，致使器件导通电阻大，电流导能力小；且高质量大尺寸低阻的P型衬底难以获得，这成为制约其发展的主要技术瓶颈。

针对第二种Flip-Type技术，如图2所示，首先在N型重掺杂SiC衬底上依次外延生长N型缓冲层和N型轻掺杂漂移层，其中N型轻掺杂漂移层的厚度大于100μm；然后在N型轻掺杂漂移层上依次外延生长N型截止层、P型集电极区、P型重掺杂外延层，其中P型重掺杂外延层的厚度为100μm至200μm；之后将整个材料翻转，去掉N型重掺杂SiC衬底和N型缓冲层，采用化学机械抛光操作进行表面抛光后，再进行正面工艺，完成器件制备。对于这种技术，一方面要多次外延，且需要低阻厚膜外延，工艺复杂，难度大；另一方面要先进行背面翻转减薄工艺，然后再进行正面工艺，因应力和薄片对器件整体制备工艺和平台能力有更高的要求，工艺复杂，难度大，成本高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明目的在于提供一种碳化硅绝缘栅双极晶体管及其制作方法，降低正向导通压降，优化静、动态特性，消除开关震荡，提高可靠性和鲁棒性，降低制造成本。

(二)技术方案

一种碳化硅绝缘栅双极晶体管，包括：

N型重掺杂第一场截止层；

N型重掺杂第二场截止层，形成于该N型重掺杂第一场截止层之上；

N型轻掺杂漂移层，形成于该N型重掺杂第二场截止层之上；

调控P型Base区，形成于该N型轻掺杂漂移层内；

N型重掺杂源区，形成于该调控P型Base区内；

源极金属，形成于该调控P型Base区的部分区域内以及该N型重掺杂源区的部分上表面，且与该N型重掺杂源区的上表面和侧壁形成欧姆接触；