[发明专利]一种低导通电阻、小栅电荷的双沟槽碳化硅IGBT器件与制备方法

说明书

本发明提供一种低导通电阻、小栅电荷的双沟槽碳化硅IGBT器件与制备方法，器件包括源极、第一导电类型源区接触、第二导电类型基区、重掺杂第二导电类型沟槽区、第一导电类型多晶硅栅极、第二导电类型多晶硅栅极、槽栅介质、第二导电类型栅氧保护区、第一导电类型包裹区、第一导电类型漂移区、第二导电类型衬底和漏极。本发明所述第一导电类型多晶硅栅极与第二导电类型多晶硅栅极形成的空间电荷区，减小了栅极与漏极的耦合，因而降低了器件栅电荷；第一导电类型包裹区可以减小第二导电类型栅氧保护区在漂移区中形成的空间电荷区，并且能够有效传输电流，因而可以降低器件导通电阻；重掺杂第二导电类型沟槽区有效屏蔽栅氧电场，保护栅氧。

技术领域

本发明属于微电子和电力电子的碳化硅功率器件领域，特别涉及一种低导通电阻、小栅电荷的双沟槽碳化硅IGBT器件与制备方法。

背景技术

宽禁带半导体碳化硅因其禁带宽度大、高热导率、高击穿场强、高电子饱和速度以及强抗辐射性，使得碳化硅功率半导体器件能够应用于高温、高压、高频以及强辐射的工作环境下。在功率电子领域，IGBT因其存在电导调制效应，导通电阻小，广泛应用与高压领域。

但是在IGBT中，栅氧直接暴露于漂移区中，其栅氧拐角处电场集中。SiC的介电常数是SiO₂介电常数的2.5倍，在关断状态，根据高斯定理，SiO₂层所承受的耐压应该是漂移区SiC的2.5倍，这使得栅氧拐角处在没有达到SiC临界击穿电场时栅氧已经被提前击穿，器件可靠性下降。

为解决栅氧提前击穿的情况，一种带P+型栅氧保护区的碳化硅IGBT已经被提出，该结构利用P+栅氧保护区对栅氧进行保护，使得高电场由P+栅氧保护区与N型漂移区形成的P-N结承担，降低了栅氧电场。但是随着P+栅氧保护区的引入，其在漂移区中形成的耗尽区严重影响电子的向下传输，使得器件导通电阻变大。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低导通电阻、小栅电荷的双沟槽碳化硅IGBT器件与制备方法，克服了带第二导电类型栅氧保护区的碳化硅IGBT结构导通电阻较大的缺陷；设计的第二导电类型沟槽区有效屏蔽栅氧电场，保护栅氧；同时设计的第一导电类型多晶硅和第二导电类型多晶硅栅极减小的器件栅电荷，改善器件开关特性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低导通电阻、小栅电荷的双沟槽碳化硅IGBT器件，包括：

第一导电类型多晶硅栅极；

包裹第一导电类型多晶硅栅极的槽栅介质；

设置在槽栅介质两侧的对称结构的源极；

设置在源极底部的第一导电类型源接触区、第二导电类型基区和重掺杂第二导电类型沟槽区；

自上而下依次设置在槽栅介质下方的第二导电类型栅氧保护区、第一导电类型漂移区、第二导电类型衬底以及漏极；

其特征在于，

所述第一导电类型多晶硅栅极下方设置有第二导电类型多晶硅栅极，所述槽栅介质包裹第二导电类型多晶硅栅极；

所述第二导电类型栅氧保护区与第一导电类型漂移区之间设置有第一导电类型包裹区。

所述第一导电类型源接触区与源极的下部、第二导电类型基区的上部以及重掺杂第二导电类型沟槽区的侧面接触，所述重掺杂第二导电类型沟槽区与源极的下部、第一导电类型源接触区的侧面以及第二导电类型基区的侧面接触，重掺杂第二导电类型基区的厚度等于第一导电类型源接触区和第二导电类型基区的厚度之和。

所述第二导电类型栅氧保护区与第一导电类型包裹区部分交叉，其中，所述第一导电类型包裹区设置于第一导电类型漂移区之中，将第二导电类型栅氧保护区包裹。