[发明专利]一种SiC绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种SiC绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法，晶体管器件包括设置于背面的金属集电极，从金属集电极开始依次布置有第一导电类型衬底、第一导电类型buffer层、第二导电类型集电极、第一导电类型漂移区，在第一导电类型衬底和第一导电类型buffer层中有若干个沟槽，沟槽穿透第一导电类型衬底层和第一导电类型buffer层，沟槽内的填充集电极穿透第一导电类型衬底和第一导电类型buffer后与第二导电类型集电极相连。本发明的SiC绝缘栅双极型晶体管结构通过背面深沟槽结构实现集电极金属与P型集电极连接，实现了用成熟N型衬底制备N沟道SiC IGBT器件的目标，有效降低了P型衬底带来的额外导通压降。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件技术领域，具体涉及一种SiC绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法。

背景技术

碳化硅（SiC）作为第三代宽禁带材料，具有禁带宽度大，临界击穿电场高，热导率高，载流子饱和速度高等优点，在功率器件领域倍受青睐。

碳化硅绝缘栅双极晶体管（SiC IGBT）不仅具有 SiC 材料阻断电压高、工作结温高、抗辐照能力强、工作频率高等特点，又具有 IGBT 易于驱动、控制简单、导通压降低、通态电流大和损耗小的优点，是应用于固态变压器、高压脉冲电源、高压逆变器、柔性交流/直流输电系统、高压直流输电系统、静止无功补偿器等高压（≥10kV）大功率领域的理想开关器件之一，具有广阔的发展前景。

依据沟道导电载流子的不同，将SiC IGBT分为N沟道和P沟道两种。由于P沟道的阈值和驱动电压为负值，与常见的正压驱动匹配性较差，因此优先探讨主流的N沟道IGBT现有技术的不足。

现有技术在制备N沟道SiC IGBT时，需要准备p型SiC作为衬底，这带来两个问题：1、其电阻率比 n 型衬底的电阻率高约 50 倍。这是因为 P 型衬底的不完全离化而引起的高导通电阻和低空穴迁移率，对器件引入额外的导通压降，致使器件性能下降；2、P+衬底的厚度仅能通过减薄控制，背面注入的效率相当高，倾向于呈现负温度系数，不利于N沟道IGBT的并联使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对上述存在的问题，需要一种SiC绝缘栅双极型晶体管结构及其制造方法，能够优化SiC IGBT导通压降，提升器件并联使用可靠性。

本发明进一步解决的技术问题是：如何降低SiC IGBT器件热阻。

本发明采用的技术方案：

一种SiC绝缘栅双极型晶体管器件，包括设置于背面的金属集电极，从金属集电极开始依次布置有第一导电类型衬底、第一导电类型buffer层、第二导电类型集电极、第一导电类型漂移区；

在第一导电类型衬底和第一导电类型buffer层中有若干个沟槽，沟槽穿透第一导电类型衬底层和第一导电类型buffer层，沟槽内的填充集电极穿透第一导电类型衬底和第一导电类型buffer后与第二导电类型集电极相连。

一种SiC绝缘栅双极型晶体管器件的制造方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)选定第一导电类型衬底；

2)在第一导电类型衬底上生长外延层，形成第一导电类型buffer区、第二导电类型集电区以及第一导电类型漂移区；

3)通过图形掩膜阻挡，选择性离子注入形成第二导电类型阱区；

4)通过自对准方式在图形掩膜侧壁形成侧墙；

5)通过离子注入形成第一导电类型发射区；

6)通过图形掩膜阻挡选择性离子注入形成重掺杂第二导电类型区；

7)去除表面掩膜，涂覆碳膜保护后进行高温退火；

8)去除碳膜并牺牲氧化处理表面后，通过热氧生长或者沉积方式形成栅极绝缘层；

9)沉积掺杂多晶硅，经过光刻形成栅电极；

10)沉积二氧化硅或/与氮化硅，经过光刻形成绝缘介质层；