[发明专利]具有双沟槽的4H-SiC横向绝缘栅双极型晶体管器件

说明书

本发明涉及一种具有双沟槽的4H‑SiC横向绝缘栅双极型晶体管器件，属于功率半导体器件技术领域。该器件包括沟槽氧化层、N‑drift区、轻掺杂P‑epi层、重掺杂P+epi层、N型4H‑SiC衬底、P‑base区、N+注入区、P+注入区Ⅰ、P+注入区Ⅱ、N‑buffer区、金属衬底电极、金属集电极、金属发射极、栅极氧化层和多晶硅沟槽栅。本发明基于高可靠性的N型4H‑SiC衬底，深入漂移区的氧化层沟槽在器件正向阻断时辅助耗尽漂移区、同时减小了发射极和集电极之间的寄生电容；延伸到P‑epi层的沟槽栅结构提高了器件的栅氧可靠性，并且与其他器件隔离，简化了制造工艺。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及一种具有双沟槽的4H-SiC横向绝缘栅双极型晶体管器件。

背景技术

SiC(碳化硅)是一种由硅(Si)和碳(C)构成的化合物半导体材料，作为典型的宽禁带半导体材料，SiC的禁带宽度是Si材料的3倍左右，临界击穿电场大约是Si的10倍，而且有着晶体结构稳定，熔点高，热导率高等优点；根据Si/C双原子层堆垛顺序将SiC材料进行划分，其有近两百种不同的结晶结构，对比其它的同质异形体，其中SiC原子密排层数为4的六方晶系结构(4H-SiC)各项性能更优异，作为硅的替代品在电力电子领域中具有广阔的应用前景。

随着SiC功率器件的采用，功率损耗被发现在一个全SiC功率模块中比其全Si模块减少了60％。通常，分立的SiC功率器件是由Si制造的栅极驱动器驱动的，为了最小化驱动环路中的寄生参数，利用它们在高频应用中的巨大潜力，栅极驱动器必须放置在离分立功率器件尽可能近的地方。在这种情况下，栅极驱动集成电路将经历与功率器件几乎相同的温度，并将受到Si的温度极限的限制。理想的情况是将驱动电路和功率器件以类似于Si和GaN中的电源管理IC的方式集成在同一个芯片上。因此研究各式各样的SiC基横向器件，在高压功率集成电路领域十分具有潜力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有双沟槽的4H-SiC横向绝缘栅双极型晶体管器件，提高器件的击穿电压，提高开关速度并降低关断能量损失，减小器件的尺寸。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有双沟槽的4H-SiC横向绝缘栅双极型晶体管器件，包括沟槽氧化层1、N-drift区2、轻掺杂P-epi层3、重掺杂P+epi层4、N型4H-SiC衬底5、P-base区6、N+注入区7、P+注入区Ⅰ8、P+注入区Ⅱ10、N-buffer区9、金属衬底电极11、金属集电极12、金属发射极13、栅极氧化层14和多晶硅沟槽栅15；

所述沟槽氧化层1位于金属集电极12和金属发射极13之间，下方深入N-drift区2，其左侧与P-base区6右侧和P+注入区Ⅰ8右侧接触，右侧与N-buffer区9被N-drift区2隔开；

所述N-drift区2位于沟槽氧化层1下表面，与栅极氧化层14右侧下部、P-base区6下表面和N-buffer区9左下表面接触，N-drift区2下表面与轻掺杂P-epi层3接触；

所述轻掺杂P-epi层3分别位于N-drift区2的下表面与重掺杂P+epi层4的上表面；

所述重掺杂P+epi层4分别位于轻掺杂P-epi层3的下表面与N型4H-SiC衬底5的上表面；

所述N型4H-SiC衬底5分别位于重掺杂P+epi层4的下表面与(N型)金属衬底电极11的上表面；

所述P-base区6位于N-drift区2的上表面，同时P-base区6上表面与N+注入区7下表面和P+注入区Ⅰ8下表面接触，P-base区6的左右侧面分别与栅极氧化层14右侧中部和沟槽氧化层1左侧中下部接触；

所述N+注入区7下侧与P-base区6接触，其右侧与P+注入区Ⅰ8左侧接触，其上侧与金属发射极13下侧左半部分接触，其左侧与栅极氧化层14右侧部分接触；