一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管及制备方法，属于微电子技术领域。可以有效促使器件关断时漂移层内过剩少数载流子的抽出，提高器件开关速度，降低开关损耗，使器件在高频应用中的综合能量损耗显著下降。同时也可以避免在器件缓冲层使用局部载流子寿命调制技术造成的导通电阻负温度系数现象，提高大电流下器件并联应用的可靠性。包括：所述抽出层设置在所述集电极注入区内部，所述抽出层四周与所述集电极注入区相连，且所述抽出层的顶端与所述缓冲层的底部相连，所述抽出层的底部与所述集电极接触金属的顶部相连。

Silicon carbide longitudinal insulated gate bipolar transistor and preparation method thereof

The invention discloses a silicon carbide longitudinal insulated gate bipolar transistor and a preparation method thereof, belonging to the microelectronic technology field. The utility model can effectively eliminate the extraction of excess minority carriers in the drift layer when the device is turned off, improve the switching speed of the device, and reduce the switching loss, so that the comprehensive energy loss of the device in the high-frequency application is decreased remarkably. At the same time, the negative temperature coefficient of conduction resistance caused by the local carrier lifetime modulation technique can be avoided in the device buffer layer, and the reliability of the parallel application of the device under high current can be improved. Including: the extraction layer is arranged on the collector injection area inside, the drawing and the collector layer around the implanted region is connected, and the out of the top layer and the buffer layer connected at the bottom, the top layer and the bottom out of the collector contact metal.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管及制备方法
本专利技术属于微电子
，涉及半导体器件，特别涉及一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管及制备方法。
技术介绍
现代电力电子及新能源技术的快速发展对大功率半导体器件提出了越来越高的要求。由于材料的限制，传统的硅器件难以在高于250℃的高温下运行，特别是当高工作温度与大功率、高频及强辐射环境并存时。碳化硅是最近十几年来迅速发展起来的宽禁带半导体材料，它的主要特点是：禁带宽度大，击穿电场高，热导率大，电子饱和漂移速度高。这就决定了它具有在高温、高电压、高频等条件下工作的良好性质，能够适用于大功率、高温及抗辐照等应用领域。其中，碳化硅绝缘栅双极型晶体管(英文为：Insulate-GateBipolarTransistor，英文简称：IGBT)是由双极型晶体管(英文为：BipolarTransistor，英文简称：BJT)和金属-氧化物-半导体场效应晶体管(英文为：Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，英文简称：MOSFET)合成的复合全控型电压驱动式的功率半导体器件。它因为电流开关能力大、栅极驱动简单，综合了功耗低和开关速度快的特点，相对于SiCMOSFET以及硅基的IGBT、晶闸管等器件具有显著的技术优势，特别适用于高压、电力系统应用领域。可以预见的是，高压SiCIGBT将成为下一代智能电网技术中电力电子技术最核心的器件。尽管由于碳化硅材料固有的优良特性，碳化硅绝缘栅双极型晶体管相比同类硅器件在截止电压和开关速度上都有了很大提升，但高效大功率开关电源等应用仍将对绝缘栅双极型晶体管的开关速度及相应功率损耗提出更高的要求。传统的绝缘栅双极型晶体管由于有漂移层过剩载流子的存在，器件正向导通压降较小，然而也正是由于这部分载流子的存在，器件在关断时必须首先将其清除，这降低了器件的开关速度，增加了相应的开关损耗，不利于系统整体的提升。因此有必要采用合适的技术方法改善器件的开关特性，实现正向导通与开关特性的良好折衷。可用于提高碳化硅绝缘栅双极型晶体管的一种方法是局部载流子寿命调制技术。图1为传统结构的绝缘栅双极型晶体管，区域7为漂移层，区域8为缓冲层，区域9为集电区注入层，局部载流子寿命调制技术主要使用中子辐照等方法在缓冲层人为引入缺陷能级，通过减小局部载流子寿命，使载流子可以在器件关断时快速复合从而达到提高器件开关速度的目的。但是这种方法同时减弱了器件在开启时的电导调制效应，增加了导通功率损耗。更重要的是，局部载流子寿命调制技术将使器件导通电阻具有负温度系数，这不利于大电流下器件的并联应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管及制备方法。该结构可以有效促使器件关断时漂移层内过剩少数载流子的抽出，提高器件开关速度，降低开关损耗，使器件在高频应用中的综合能量损耗显著下降。同时也可以避免在器件缓冲层使用局部载流子寿命调制技术造成的导通电阻负温度系数现象，提高大电流下器件并联应用的可靠性。本专利技术实施例提供一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管，包括栅极金属、绝缘栅、发射极接触金属、阱接触区、发射区、阱区、漂移层、缓冲层、抽出层、集电极注入区和集电极接触金属，所述抽出层设置在所述集电极注入区内部，所述抽出层四周与所述集电极注入区相连，且所述抽出层的顶端与所述缓冲层的底部相连，所述抽出层的底部与所述集电极接触金属的顶部相连。优选地，所述集电极接触金属厚度为300nm。优选地，所述的集电极接触金属为Ti/Al合金。本专利技术实施例还提供一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管制作方法，包括：在N+碳化硅衬底上外延生长厚度为20～25μm的过渡层；所述过渡层的生长条件为：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体包括硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气；在所述过渡层上外延生长厚度为120～130μm、氮离子掺杂浓度为2×1014cm-3的漂移层；所述漂移层的生长条件为：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体包括硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为液态氮气；在所述漂移层上外延生长厚度为1～2μm、氮离子掺杂浓度1×1017cm-3的缓冲层；所述缓冲层的生长条件为：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体包括硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为液态氮气；在所述缓冲层上外延生长厚度为1～5μm、铝离子掺杂浓度1×1017～1×1018cm-3的抽出层；所述抽出层的生长条件为：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体包括硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为三甲基铝；在所述抽出层上进行第一次离子注入，形成集电极注入区；所述第一次离子条件为：注入杂质为铝离子，深度为0.9～1.5μm，掺杂浓度5×1018cm-3，注入温度650℃；使用化学机械抛光去除N+碳化硅衬底及过渡层；在所述漂移区上未进行集电极注入区离子注入的一面进行第二次离子注入，形成P型阱区；所述第二次离子条件为：注入杂质为铝离子，深度为0.9μm，掺杂浓度5×1017cm-3，注入温度650℃；在所述P型阱区内进行第三次离子注入，形成p+阱接触区；所述第三次离子条件为：注入杂质为铝离子，深度为0.15μm，掺杂浓度1×1020cm-3，注入温度650℃；在所述P型阱区内进行第四次离子注入，形成n+发射区；所述第四次离子条件为：注入杂质为氮离子，深度为0.15μm，掺杂浓度1×1019cm-3，注入温度650℃；对碳化硅片正面进行干氧氧化，形成50nm～100nm的二氧化硅隔离介质作为绝缘栅；所述干氧氧化温度为1200℃。本专利技术实施例中，提供了一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管及其制作方法，由于在集电极区引入肖特基接触，其载流子抽出作用可以提高器件开关速度，降低器件开关损耗。进一步的，避免了使用局部少子寿命调制技术，器件导通电阻具有正温度系数，有利于器件的并联应用。同时，还可以通过调节所述的集电极肖特基金属所占面积比例改变器件载流子抽出强度，从而达到器件导通损耗与开关损耗的最优折衷。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是传统的碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的制作碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管工艺流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图2是本专利技术实施例提供的一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管结构示意图，如图2所示，本专利技术实施例提供的一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管主要包括：栅极金属1、绝缘栅2、发射极接触金属3、阱接触区4、发射区5、阱区6、漂移层7、缓冲层8、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管，包括栅极金属(1)、绝缘栅(2)、发射极接触金属(3)、阱接触区(4)、发射区(5)、阱区(6)、漂移层(7)、缓冲层(8)、抽出层(9)、集电极注入区(10)和集电极接触金属(11)，其特征在于：所述抽出层(9)设置在所述集电极注入区(10)内部，所述抽出层(9)四周与所述集电极注入区(10)相连，且所述抽出层(9)的顶端与所述缓冲层(8)的底部相连，所述抽出层(9)的底部与所述集电极接触金属(11)的顶部相连。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管，包括栅极金属(1)、绝缘栅(2)、发射极接触金属(3)、阱接触区(4)、发射区(5)、阱区(6)、漂移层(7)、缓冲层(8)、抽出层(9)、集电极注入区(10)和集电极接触金属(11)，其特征在于：所述抽出层(9)设置在所述集电极注入区(10)内部，所述抽出层(9)四周与所述集电极注入区(10)相连，且所述抽出层(9)的顶端与所述缓冲层(8)的底部相连，所述抽出层(9)的底部与所述集电极接触金属(11)的顶部相连。2.如权利要求1所述晶体管，其特征在于，所述集电极接触金属(11)厚度为300nm。3.如权利要求1所述晶体管，其特征在于，所述的集电极接触金属(11)为Ti/Al合金。4.一种碳化硅纵向绝缘栅双极型晶体管制作方法，其特征在于，包括：在N+碳化硅衬底上外延生长厚度为20～25μm的过渡层；所述过渡层的生长条件为：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体包括硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气；在所述过渡层上外延生长厚度为120～130μm、氮离子掺杂浓度为2×1014cm-3的漂移层；所述漂移层的生长条件为：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体包括硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为液态氮气；在所述漂移层上外延生长厚度为1～2μm、氮离子掺杂浓度1×1017cm-3的缓冲层；所述缓冲层...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋庆文，唐冠南，元磊，汤晓燕，张艺蒙，张玉明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61