[发明专利]绝缘栅双极晶体管及其制造方法

说明书

公开了一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法，绝缘栅双极晶体管包括半导体层，具有相对的第一表面以及第二表面；自第二表面向第一表面的延伸方向上依次堆叠的P型集电区、N型场截止层、N型漂移区、P型基区以及发射区，发射区包括P型发射区与N型发射区；多个沟槽，沿半导体层的厚度方向延伸，绝缘栅双极晶体管包括电流引导区和电流扩展区，电流扩展区中沟槽的底部周围设置有P型掺杂区，以及P型掺杂区与所述P型基区之间被沟槽隔断的N型掺杂区。本发明可以减小绝缘栅双极晶体管中沟槽底部的电位抬升所产生的栅位移电流，从而有效增强栅驱动电阻对绝缘栅双极晶体管dv/dt的控制能力，降低EMI噪声，提高器件的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法。

背景技术

功率半导体器件亦称为电力电子器件，包括功率二极管、晶闸管、场效应晶体管(Field-Effect Transistor，FET)以及IGBT(Insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管)等。

IGBT是由双极型三极管(Bipolar Junction Transistor，BJT)和金属氧化物场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor， MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET 器件的高输入阻抗和BJT器件的低导通压降两方面的优点。由于IGBT 具有驱动功率小而饱和压降低等优点，因此作为一种新型的电力电子器件被广泛应用到各个领域，例如，在开关电源、整流器、逆变器、UPS 等领域IGBT均有着广泛的应用。

IGBT表面元胞栅极结构从平面栅向沟槽栅进行发展；纵向垂直掺杂结构也由PT型(穿通型)到NPT型(非穿通型)再到FS(场截止型) 型进行演变。其中，沟槽栅型FS-IGBT器件结构通过刻蚀形成沟槽栅替代了之前的平面栅结构，当正向导通时，其消除了平面型IGBT结构电流导通路径上的JFET区电阻，从而大大降低了正向饱和压降，降低了 IGBT器件的导通损耗。此外，场截止层(FS层)的引入使得沟槽栅型 FS-IGBT在同样的正向阻断电压下，其可以获得更薄的漂移区，大大降低了漂移区电阻，从而降低了器件的导通损耗和提高了器件的开关速度，改善了正向饱和压降与开关损耗的折中关系。

此后，在沟槽栅型FS-IGBT结构的基础上，在IGBT的正面引入了一层载流子存储层，其主要是充当空穴势垒的作用，在正向导通时可以增加发射极一侧的载流子数目，调节载流子分布，增强漂移区内部的电导调制效应，进而降低器件的正向饱和压降，改善了器件正向饱和压降与开关损耗之间的折中关系，并且载流子存储层浓度越高，改善性能越显著，此结构称为沟槽栅电荷存储型绝缘栅双极晶体管。然而，随着载流子存储层浓度的不断提高，在正向阻断模式下，会增强栅氧化层体内的电场强度以及P型半导体基区与N型半导体漂移区形成的反偏PN结的最大电场强度，从而降低了器件的击穿电压，削弱了器件的阻断特性，此外，高浓度的载流子存储层虽然会增强器件的电导调制效应，降低饱和压降，但是也会提高沟槽底部的空穴积累，由此带来的栅位移电流会削弱栅极驱动电阻开启时对器件dv/dt的控制能力。

近些年来，随着工艺加工能力的不断提升，沟槽栅型IGBT器件的元胞尺寸(pitch)越来越小，最小尺寸现在可以做到1.2um左右。元胞尺寸越小，沟槽密度就越大，高密度的沟槽能够实现在没有载流子存储层的情况下也能维持较强的电导调制效应，从而确保在器件阻断特性不被削弱的前提下同时降低器件的饱和压降，改善饱和压降与关断损耗之间的折中关系。然而，在开启过程中，高密度的沟槽同样会提高其沟槽底部的空穴积累，大量的空穴积累会急剧提升沟槽底部的电位，其产生的栅位移电流会大幅度削弱栅极驱动电阻开启时对器件dv/dt的控制能力，因此会带来EMI噪声等器件鲁棒性问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法，通过电流扩展区的空穴分流作用有效降低电流引导区中沟槽底部的电位抬升幅度，减小其导致的栅位移电流，进而增强器件dv/dt 的控制能力，提高器件的鲁棒性。