[发明专利]绝缘栅双极晶体管及其制作方法

说明书

本发明涉及一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法。所述绝缘栅双极晶体管包括P型衬底、形成于所述P型衬底表面的多个沟槽、形成于所述P型衬底的沟槽所在一侧的表面上及沟槽中的N型外延。由于所述P型衬底和N型外延之间具有所述多个沟槽，在沟槽内存在有经过刻蚀工艺导致的缺陷，可以作为后续注入空穴的复合中心，极大的降低了器件的关断时间，提高了绝缘栅双极晶体管的器件性能。

【技术领域】

本发明涉及半导体制造工艺技术领域，特别地，涉及一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法。

【背景技术】

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

与功率MOSFET相比，IGBT最显著的区别是在N型衬底下方加入了一层P型材料。器件工作时，P型材料中的空穴会注入到N型衬底中，进行导电调制，以降低器件的通态电压，但带来的问题是，IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为MOSFET关断后，注入到N型衬底的大量导电空穴难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间，器件不能立刻关断，极大的限制了器件的高频应用。

当前降低IGBT关断时间，主要有以下手段：1)添加N+缓冲层，提供大量可供空穴复合的电子；2)实际应用中，串联一个快恢复二极管(FRD)，通过二极管的快恢复特性，降低IGBT的拖尾电流；3)在衬底内引入相关缺陷，如电子辐照，重金属扩散(Pt)等，使得注入的空穴在缺陷内尽快复合，降低拖尾时间。

实际上，三种方法都有各自的缺点，比如方法1，添加的N+缓冲层，需要额外增加一层外延，成本较高。方法二，需要串联另外一个器件，包括封装，小尺寸应用等，易受到限制。方法三，成本高，不利于生产，同时易给产线造成污染(重金属等)。

【发明内容】

本发明的其中一个目的在于为解决上述至少一个技术问题而提供一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法。

一种绝缘栅双极晶体管，其包括P型衬底、形成于所述P型衬底表面的多个沟槽、形成于所述P型衬底的沟槽所在一侧的表面上及沟槽中的N型外延。

在一种实施方式中，所述绝缘栅双极晶体管还包括形成于所述N型外延表面的P型体区、形成于所述P型体区表面源区、形成于所述P型体区、源区及所述N型外延层上的栅极。

在一种实施方式中，所述沟槽均匀分布于所述P型衬底上，所述P型衬底上的所有沟槽的平面面积小于所述P型衬底的平面面积的三分之一。

在一种实施方式中，所述沟槽平面上的长度与宽度均为0.1um；所述沟槽的深度在500埃-1500埃的范围内。

在一种实施方式中，所述沟槽的平面形状为圆形、方形、三角形或六角形。

一种绝缘栅双极晶体管的制作方法，其包括以下步骤：

提供P型衬底，在所述P型衬底上形成光刻胶；

利用所述光刻胶对所述P型衬底进行刻蚀，从而在所述P型衬底表面形成多个沟槽，去除光刻胶；

对所述P型衬底的多个沟槽进行高温快速热退火；

在所述P型衬底的沟槽所在一侧的表面上及沟槽中形成N型外延。

在一种实施方式中，所述制作方法还包括以下步骤：在所述N型外延表面形成P型体区，在所述P型体区表面形成源区，在所述P型体区、源区及所述N型外延层上形成栅极。