[发明专利]一种绝缘栅双极型晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种绝缘栅双极型晶体管，其元胞结构包括：集电极金属(13)、第二导电类型半导体集电区(12)、第一导电类型半导体漂移区(9)、第二导电类型半导体基区(5)、第二导电类型半导体发射区(4)、第一导电类型半导体发射区(3)、栅极结构和发射极金属(1)；集电极金属(13)设置在第二导电类型半导体集电区(12)的背面；第一导电类型半导体漂移区(9)设置在第二导电类型半导体集电区(12)的正面；第二导电类型半导体基区(5)设置在第一导电类型半导体漂移区(9)的顶层；第二导电类型半导体发射区(4)以及与第二导电类型半导体发射区(4)两侧相接触的第一导电类型半导体发射区(3)并排设置在第二导电类型半导体基区(5)的顶层；栅极结构包括栅电极(61)和栅介质层(62)，栅电极(61)通过栅介质层(62)与第一导电类型半导体发射区(3)和第二导电类型半导体基区(5)相接触；发射极金属(1)设置在器件最上面，且与第二导电类型半导体发射区(4)和第一导电类型半导体发射区(3)的上表面相接触，与栅电极(61)通过隔离介质层(2)相接触；其特征在于：所述第二导电类型半导体基区(5)包括第一半导体基区(52)和设置在第一半导体基区(52)上表面的第二半导体基区(51)，所述第二半导体基区的禁带宽度大于所述第一半导体基区的禁带宽度，不同禁带宽度的第一半导体基区(52)和第二半导体基区(51)在其接触界面形成同型异质结；

第二半导体基区(51)的两侧通过栅介质层(62)与栅电极(61)相接触，第一半导体基区(52)介于第二半导体基区(51)与第一导电类型半导体漂移区(9)之间；

所述第一半导体基区(52)的材料为Si_(1-x)Ge_(x)，第二半导体基区(51)的材料为Si，第一导电类型半导体漂移区(9)的材料为Si；不同禁带宽度的第一半导体基区(52)和第一导电类型半导体漂移区(9)形成异型异质结；

当栅极结构为沟槽栅结构时，第二导电类型半导体基区中靠近沟槽栅结构两侧区域Si_(1-x)Ge_(x)材料的x值大于中间区域Si_(1-x)Ge_(x)材料的x值。

2.根据权利要求1所述的一种绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述第二导电类型半导体集电区(12)与第一导电类型半导体漂移区(9)之间还设置有第一导电类型半导体场阻止层(11)，形成FS结构。

3.根据权利要求1所述的一种绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述第二导电类型半导体基区(5)与第一导电类型半导体漂移区(9)之间隔着第一导电类型半导体电荷存储层(7)。

4.根据权利要求3所述的一种绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，当栅极结构为沟槽栅结构，在沟槽栅结构的底部还设置有第二导电类型半导体层(10)，所述第二导电类型半导体层(10)向两侧横向延伸至第一导电类型半导体电荷存储层(7)下方的第一导电类型半导体漂移区(9)。

5.根据权利要求1所述的一种绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，当栅极结构为沟槽栅结构，所述沟槽栅结构还设置有位于栅电极(61)下方的分裂电极(81)和分裂电极介质层(82)；栅电极(61)通过栅介质层(62)与分裂电极(81)相接触，所述栅电极(61)的深度大于第二导电类型半导体基区(5)的结深且小于第一导电类型半导体电荷存储层(7)的结深，分裂电极(81)的深度大于第一导电类型半导体电荷存储层(7)的结深，分裂电极(81)通过分裂电极介质层(82)与第一导电类型半导体电荷存储层(7)和第一导电类型半导体漂移区(9)相接触；所述分裂电极(81)与发射极金属(1)等电位。

6.根据权利要求1所述的一种绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，第一导电类型半导体为N型半导体，第二导电类型半导体为P型半导体；或者第一导电类型半导体为P型半导体，第二导电类型半导体为N型半导体。

7.一种绝缘栅双极型晶体管的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：准备用以形成第一导电类型半导体漂移区的半导体基片；

步骤2：在第一导电类型半导体漂移区的上表面依次形成由第一半导体基区以及位于第一半导体基区上表面的第二半导体基区构成的第二导电类型半导体基区，所述第二半导体基区的禁带宽度大于所述第一半导体基区的禁带宽度，所述第一半导体基区(52)的材料为Si_(1-x)Ge_(x)，第二半导体基区(51)的材料为Si，第一半导体基区(52)介于第二半导体基区(51)与第一导电类型半导体漂移区(9)之间；第一导电类型半导体漂移区(9)的材料为Si；不同禁带宽度的第一半导体基区(52)和第一导电类型半导体漂移区(9)形成异型异质结；

步骤3：通过刻蚀沟槽，氧化和淀积工艺，形成沟槽栅结构，第二半导体基区(51)的两侧与所述沟槽栅结构相接触，第二导电类型半导体基区中靠近沟槽栅结构两侧区域Si_(1-x)Ge_(x)材料的x值大于中间区域Si_(1-x)Ge_(x)材料的x值；

步骤4：在器件表面淀积介质层，并采用光刻、刻蚀工艺，形成位于栅极结构上表面的隔离介质层；

步骤5：通过光刻、离子注入第一导电类型杂质形成位于第二导电类型半导体基区顶层两侧的第一导电类型半导体发射区；然后通过光刻、离子注入第二导电类型杂质形成与两侧第一导电类型半导体发射区相接触且并排设置的第二导电类型半导体发射区；

步骤6：在器件表面淀积金属，并采用光刻、刻蚀工艺，形成位于隔离介质层、第一导电类型半导体发射区和第二导电类型半导体发射区上表面的发射极金属；

步骤7：翻转硅片，减薄硅片厚度，在硅片背面注入第二导电类型杂质并退火形成第二导电类型半导体集电区；

步骤8：在背面淀积金属，形成集电极金属。