[发明专利]一种平面型绝缘栅双极晶体管及其制备方法

说明书

一种平面型绝缘栅双极晶体管及其制备方法，属于功率半导体技术领域。本发明在器件靠近发射区外侧的基区上表面引入了禁带宽度相对较小的半导体层或肖特基接触金属，通过异质结或肖特基接触作为少数载流子势垒来增强电导调制效应，减小了器件导通压降、优化了器件正向压降和关断损耗的折中特性；并且由于本发明引入的异质结或肖特基接触在功能上可替代CS层，故有利于减小基区和漂移区形成PN结的电场强度以提高器件击穿电压；并使栅氧化层电场强度在安全值(3MV/cm)以下，从而保证了栅氧化层的可靠性。此外，该器件制作工艺简单可控，与现有工艺兼容性强。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种平面型绝缘栅双极晶体管及其制备方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)作为绝缘栅控制的双极型器件，其体内的非平衡载流子浓度越高则其电导调制效应越显著，其电流密度越高。图1示出了一种传统沟槽型IGBT器件的半元胞结构，器件在正向导通时由于基区5与漂移区6形成的反偏PN结对少数载流子的抽取作用，其电导调制效应不显著，导致正向压降过大，折中特性得不到改善。如图2所示，通过载流子存储层10作为少数载流子的势垒，增强了漂移区的电导调制效应，减小了正向压降，并改善了正向压降和关断损耗的折中特性。但是载流子存储层10会增加该区域附近的电场峰值，降低IGBT元胞的击穿电压。而为提高阳极载流子注入效果，必须要提高载流子存储层10的掺杂浓度，随着载流子存储层10的掺杂浓度的提高会导致IGBT元胞击穿电压的急剧下降，同时也降低了器件的阻断能力。器件在正向阻断时，高浓度的载流子存储层会增大栅氧化层中的电场强度，从而降低了栅氧化层可靠性。故而，在实际应用中为了保持器件具有一定的阻断能力，技术人员不得不增加器件漂移区的厚度，这样反而增加了正向压降并使正向压降和关断损耗的折中特性恶化。因此亟需一种新的IGBT元胞结构，以避免载流子存储层注入杂质掺杂浓度提高对IGBT元胞的击穿电压、正向阻断性能及可靠性的不利影响。

发明内容

针对现有技术电荷存储型IGBT所存在的CS层掺杂浓度提高对器件击穿电压、正向阻断性能和栅可靠性等不利影响，本发明提供一种通过异质结或肖特基接触作为少数载流子势垒的平面型绝缘栅双极型晶体管。在减小器件导通压降、优化器件正向压降和关断损耗的折中特性的同时也提高了器件的击穿电压和栅可靠性。此外，本发明还提供了该器件的制备方法，制作工艺简单可控，与现有工艺兼容性强。

一种平面型绝缘栅双极型晶体管，包括：金属化集电极9、第二导电类型半导体集电区8、第一导电类型半导体漂移区6、第二导电类型半导体基区5、第一导电类型半导体发射区3、平面栅结构和发射极金属4；金属化集电极9位于第二导电类型半导体集电区8的背面，第一导电类型半导体漂移区6位于第二导电类型半导体集电区8的正面；第二导电类型半导体基区5位于第一导电类型半导体漂移区6顶层的两侧；第一导电类型半导体发射区3位于第二导电类型半导体基区5的顶层，且与第一导电类型半导体漂移区6之间隔着第二导电类型半导体基区5；两侧第一导电类型半导体发射区3之间的第二导电类型半导体基区5上表面和第一导电类型半导体发射区3的部分上表面具有平面栅结构；两侧第一导电类型半导体发射区3外侧的第二导电类型半导体基区5上表面和第一导电类型半导体发射区3的部分上表面设置有发射极金属4；其特征在于：发射极金属4与第二导电类型半导体基区5之间还具有掺杂类型为第一导电类型或者第二导电类型的半导体层11，半导体层11所用半导体材料的禁带宽度小于第二导电类型半导体基区5所用半导体材料的禁带宽度，使半导体层11与第二导电类型半导体基区5在其接触界面形成同型异质结或异型异质结。

进一步的，所述平面栅包括栅介质层2和设置在栅介质层2上表面的栅电极1。

进一步的，半导体层11所用半导体可以是单晶，也可以是多晶，栅电极1可以使金属栅电极，也可以是多晶硅栅电极。

进一步的，所述半导体层11与发射极金属4可形成欧姆接触，也可形成肖特基接触。