[发明专利]一种绝缘栅场效应晶体管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及绝缘栅场效应晶体管技术领域，主要适用于绝缘栅场效应晶体管及其制作方法。

背景技术

IGBT作为一种新型的电力电子器件，被广泛应用于各种场合。它相对于VDMOS而言，有着更大的电流密度，更低的导通压降，以及更高的耐压；它相对于功率晶体管而言，具有更高的耐压，更简单的控制电路，以及更高的开关速度。但是追求IGBT更低的导通压降，更高的开关速度是电力电子系统不断发展的一个强烈需求。改进IGBT特性的方式主要可以分为两大方面：器件结构的改进和器件材料的选取。首先，对器件结构的改进又可以分为水平方向的改进和垂直方向的改进；水平方向主要针对栅极的结构，可以为平面栅也可以为沟槽栅，垂直方向的改进包括加入载流子存储层或者电场截止层等。其次，对于器件材料的选取，最初选用的是外延单晶硅材料，随后区熔单晶硅被广泛应用。随着新材料的不断发展，SiC材料凭借它的优秀特性开始在IGBT以及其他的功率器件领域崭露头角并迅速发展。而石墨烯材料有着接近完美的电学性能，虽然在功率器件行业并没有它相关的应用，但相信随着探索性研究的不断深入，它必将也会极大地推动功率器件的发展。

IGBT处于导通状态下的电阻包括：沟道电阻，N漂移区电阻，JFET电阻，势垒电阻，各接触电阻等。通过各种方式降低这些电阻是提高器件静态特性的重要手段。

降低器件JFET电阻是降低器件饱和导通压降的一个较常见的方式。其中，将平面栅结构用沟槽栅结构代替是最为常见的一种实现方式，通过内嵌的沟槽栅极，消除了JFET区域。另外，在元包之间的栅极下方形成N掺杂区的方法，通俗被称为JFET注入，也是常见的一种方法。

但是，目前JFET注入法存在以下问题：

1.JFET注入虽然能够在一定程度上降低器件的JFET电阻，但是同时也存在降低器件耐压的风险，因而不能一味的通过这种方法来降低JFET电阻。

2.JFET注入也就是在元包之间的栅极下方的Ｎ漂移区注入磷离子形成较高浓度的N型掺杂，显然这样的改进方案会造成器件耐压的降低。

3.因为现有的沟槽型IGBT存在较大的输入、输出及米勒电容，所以该类型的IGBT的高频开关特性不佳，极大的限制了其应用的场合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种绝缘栅场效应晶体管及其制作方法，它在不降低器件的耐压特性的基础上，降低了芯片的整体电阻，从而使得器件具有更小的饱和导通压降。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种绝缘栅场效应晶体管，包括：石墨烯导电层；所述石墨烯导电层位于元胞区之间的非沟道区域的栅极氧化层与半导体层之间。

本发明还提供了一种绝缘栅场效应晶体管的制作方法包括：

采用N型SiC单晶材料作为衬底材料，并在所述SiC的表面外延生长出石墨烯，形成石墨烯导电层；

刻蚀所述石墨烯，并保留栅极下方的元胞区之间的非沟道区域的石墨烯；

按照制作绝缘栅场效应晶体管的工艺要求形成P型基区、N型发射区、有源区金属层及栅极金属层；

在绝缘栅场效应晶体管金属化后，在所述绝缘栅场效应晶体管的背面生成集电极金属。

进一步地，所述在SiC的表面外延生长出石墨烯包括：通过SiC外延法在所述SiC的表面外延生长出一层或者多层的石墨烯。

进一步地，所述通过SiC外延法在SiC的表面外延生长出一层或者多层的石墨烯包括：首先把经过氧化或H2刻蚀处理过的SiC单晶片置于超高真空和温度范围在1800℃-2400℃之间的高温环境下，利用电子束轰击所述SiC单晶片，除去SiC单晶片表面的氧化物；然后在高温条件下将SiC单晶片表面层中的Si原子蒸发，使SiC单晶片表面剩余的碳原子发生重构，即在SiC单晶片表面外延生长出石墨烯。

进一步地，所述刻蚀石墨烯包括：采用氢等离子刻蚀所述石墨烯。

进一步地，所述按照制作绝缘栅场效应晶体管的工艺要求形成P型基区包括：按照制作绝缘栅场效应晶体管的工艺要求先淀积栅极氧化层和栅极多晶硅；再刻蚀所述栅极多晶硅和所述栅极氧化层，形成P型基区的注入窗口；再向所述P型基区的注入窗口注入高能硼离子，并退火，形成P型基区。

进一步地，所述按照制作绝缘栅场效应晶体管的工艺要求形成N型发射区包括：按照制作绝缘栅场效应晶体管的工艺要求先淀积氧化层并刻蚀所述氧化层形成N型发射极的注入窗口，再向所述N型发射极的注入窗口注入高能磷离子，并退火，形成N型发射区。