[发明专利]一种多沟道沟槽绝缘栅双极型晶体管及其制造方法

说明书

本发明提出了一种多沟道沟槽绝缘栅双极型晶体管及其制造方法，包括P型衬底，N型缓冲层，N型漂移区，第一P型基区，第一P型接触区，第一N型发射极区，沟槽下方设有第二P型基区、第二P型接触区、第二N型发射极区和P型屏蔽层，沟槽的内壁及底部设有栅氧化层，栅氧化层内设有多晶硅栅，沟槽上覆盖有钝化层，上表面形成第一发射极金属和第二发射极金属，P型衬底下表面形成集电极金属。本发明在形成沟槽前，在沟槽下方多次进行P型杂质和N型杂质的离子注入，提升发射极注入效应，从而产生较强的漂移区电导调制效应，使漂移区电阻率显著下降，大幅降低了器件的导通电阻；同时增加导电沟道，降低了沟道电阻。

技术领域

本发明属于功率半导体器件结构设计及制造技术领域，主要涉及一种多沟道沟槽器件结构，同时涉及其在宽禁带半导体衬底上的制造技术，具体而言是一种多沟道沟槽绝缘栅双极型晶体管及其制造方法。

背景技术

碳化硅器件的一个问题是由于其高界面陷阱密度的影响，沟道载流子迁移率较体内载流子迁移率明显降低，沟道导通电阻在器件总的导通电阻中占据相当大的比例，使其难以获得预期的低导通电阻。绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolartransistor，IGBT)是一种MOS电压控制和双极晶体管相结合的复合器件，具有MOSFET的高输入阻抗、易于驱动等优点，也具有双极晶体管的大电流密度、低饱和压降等特点。

碳化硅IGBT是一种双极型器件，流入漂移区的电子电流作为PNP晶体管的基极驱动电流，引发空穴从重掺杂的集电区扩散注入到漂移区，产生电导调制效应，即由于注入空穴浓度远大于漂移区掺杂浓度，为了维持器件漂移区电中性，漂移区将建立和注入空穴浓度有同样梯度的电子浓度分布，从而使漂移区电阻率显著下降，大大降低了导通电阻，使得在阻断电压增大时，导通电阻增加得很小，适合于工作在高压大功率领域。

沟槽结构的存在使沟道垂直分布，单个元胞的面积减小，使得单位面积的电流密度提高，使沟槽器件具有良好的正向导通特性和开关速度。但是，沟槽IGBT主要面临两个问题：一是沟槽栅结构的引入带来栅介质可靠性问题，会造成器件器件提前击穿；二是垂直沟道中低的沟道迁移率导致了大的沟道电阻，降低了发射极注入效应影响漂移区的电导调制效应。

由于沟槽尖角的存在，沟槽拐角处存在高电场，击穿电压降低，保护沟槽尖角成为待解决的问题，P型屏蔽层技术的引入改善了沟槽下方的电场分布，以提高击穿电压。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多沟道沟槽绝缘栅双极型晶体管及其制造方法，能增加导电沟道，降低沟道电阻，提升发射极注入效应，使漂移区产生较强的电导调制效应。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的一种多沟道沟槽绝缘栅双极型晶体管，包括P型衬底，在P型衬底的一个表面上设有集电极金属，在P型衬底的另一个表面上设有N型缓冲层，在N型缓冲层上设有N型漂移区，在N型漂移区上设有第一P型基区，在第一P型基区上设有第一P型接触区和第一N型发射极区且所述第一P型接触区位于第一N型发射极区的外侧，在第一N型发射极区上开设沟槽且所述沟槽深至N型漂移区内，在所述沟槽的内壁及底部设有栅氧化层，在栅氧化层内设有多晶硅栅，在所述沟槽上覆盖有钝化层，在第一P型接触区和第一N型发射极区上连接有第一发射极金属，在所述沟槽下方设有第二P型基区、第二P型接触区和第二N型发射极区，在第二P型接触区和第二N型发射极区下方设有P型屏蔽层，并且，所述第二P型接触区、第二N型发射极区和P型屏蔽层由第二P型基区包裹，在第二P型接触区和第二N型发射极区连接有第二发射极金属且第二发射极金属与第一发射极金属连接。

本发明所述的一种多沟道沟槽绝缘栅双极型晶体管的制造方法，

步骤一：取一P型衬底层，在P型衬底层上生长形成N型缓冲层和N型漂移区；

步骤二：使用刻蚀工艺在N型漂移区上开设沟槽；

步骤三：在沟槽底部进行P型杂质的离子注入以形成第二P型基区；