【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于半導體器件，具體涉及一種寬禁帶半導體溝槽igbt器件結構及其制作方法。
技術介紹
1、絕緣柵雙極晶體管（insulated?gate?bipolar?transistor，igbt）作為功率半導體全控型器件，兼具場效應晶體管和雙極型晶體管的特點，具有工作頻率高、輸入阻抗高、開關損耗低、導通壓降低、電流密度大等優點，廣泛應用于新能源汽車、軌道交通、智能電網等
2、寬禁帶半導體（例如sic）igbt相較于傳統半導體（例如si）igbt具有高耐壓和高功率的特點，然而其在發展過程中也遇到了較大的技術挑戰，例如，導通特性差、電導調制不強、關斷速度較慢等。寬禁帶半導體igbt同樣包含溝槽igbt和平面igbt。平面igbt在工藝上更容易實現，但是，相比于溝槽igbt卻具有更高的導通壓降。
3、然而，溝槽igbt在發展過程中，仍然存在以下問題：（1）溝槽型igbt由于減少了平面型igbt器件中的jfet（junction?field-effect?transistor，結型場效應晶體管）區域，雖然可以在不增加器件關斷損耗的同時大幅度降低導通壓降，但是阻斷狀態下的高電場導致柵介質層上的電場升高，并且電場在柵極溝槽的槽角處加劇，導致在高漏極電壓下造成柵介質層迅速被擊穿。因此，最終導致器件對于惡劣環境的靜電效應以及電路中的高壓尖峰的耐受能力差，器件失效風險倍增，影響器件的長期可靠性。（2）溝槽igbt器件在導通壓降和關斷損耗之間的折中關系還未達到理想狀態，仍需要進一步改善。故而，需要對溝槽igbt的器
技術實現思路
1、基于上述技術問題，本專利技術提供一種寬禁帶半導體溝槽igbt器件結構。該器件結構具有降低溝槽柵極結構的槽角電場、平衡器件的柵氧電場和導通特性之間的折中關系、降低器件關斷損耗的特性。
2、具體地，為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術效果：
3、一種寬禁帶半導體溝槽igbt器件結構，包括依次疊加的集電極、集電區、緩沖層和外延層，以及位于所述外延層之上的發射極；所述外延層中設置有埋層和位于所述埋層之上的阱區；所述外延層中設置有至少一個貫穿所述阱區的溝槽柵極結構；所述溝槽柵極結構的底部設置有與其直接接觸的第二摻雜區，頂部被位于所述發射極下表面的層間介質層覆蓋；所述溝槽柵極結構的兩側設置有貫穿所述阱區的發射極溝槽；所述發射極溝槽的周圍被第一摻雜區包圍；所述第一摻雜區與所述埋層直接接觸；所述發射極溝槽沿壁沉積有發射極介質層，其內部填充有半導體材料；沿第一方向上，在所述溝槽柵極結構的下方，一部分所述埋層中設置有導電層；所述導電層為多層結構；所述第一方向是指與集電極到發射極的方向垂直且與發射極溝槽到柵極溝槽的方向垂直的方向；所述集電區、所述埋層、所述阱區、所述第一摻雜區、所述第二摻雜區的摻雜類型為第一類型；所述緩沖層、所述外延層、所述導電層的摻雜類型為第二類型。
4、在優選的方案中，所述阱區的上表面設置有第二摻雜類型的第三摻雜區；所述第三摻雜區的上表面設置有歐姆金屬層。
5、在優選的方案中，沿第一方向上，在未設置所述導電層的所述埋層的上方，設置有與所述第一摻雜區和所述第二摻雜區均直接接觸的第四摻雜區；所述第四摻雜區的摻雜類型為第一類型。
6、在優選的方案中，沿第一方向上，在設置有所述導電層的所述埋層的上方，設置有與所述第一摻雜區和所述第二摻雜區均直接接觸的第五摻雜區；所述第五摻雜區的摻雜類型為第二類型。
7、在優選的方案中，所述導電層的每層在所述發射極溝槽指向所述溝槽柵極結構的方向上的尺寸均不同，每層的摻雜濃度均不同。
8、在優選的方案中，所述發射極溝槽為多級結構。
9、本專利技術還提供所述寬禁帶半導體溝槽igbt器件結構的制備方法，包括以下步驟：
10、s1、在集電區上形成緩沖層、外延層和埋層；
11、s2、在所述外延層的上層形成阱區；
12、s3、在所述外延層中刻蝕出柵極溝槽和發射極溝槽；
13、s4、在所述發射極溝槽周圍形成第一摻雜區；在所述柵極溝槽的底部形成第二摻雜區；
14、s5、在所述第二摻雜區下方的一部分所述埋層中形成導電層；
15、s6、在所述柵極溝槽的內壁形成柵極介質層，然后生長柵極；在所述發射極溝槽內壁形成發射極介質層，然后沉積半導體材料；
16、s7、在步驟s6得到的結構上沉積層間介質材料，并刻蝕，保留所述柵極和所述柵極介質層上表面的層間介質材料，得到層間介質層；
17、s8、在步驟s7得到的結構的上表面制作發射極，在所述集電區背離所述緩沖層一側的表面上制作集電極。
18、在優選的方案中，步驟s2還包括以下步驟：在所述阱區的上層形成第三摻雜區；步驟s8在制作所述發射極之前還包括以下步驟：在所述第三摻雜區的上表面沉積歐姆接觸金屬形成歐姆金屬層。
19、在優選的方案中，步驟s5還包括以下步驟：在未設置所述導電層的所述埋層上方的所述第二摻雜區周圍，形成第四摻雜區。
20、在優選的方案中，步驟s5還包括以下步驟：在所述導電層上方的所述第二摻雜區周圍，形成第五摻雜區。
21、與現有技術相比，本專利技術的技術方案具有以下有益效果：
22、（1）本專利技術中通過控制發射極溝槽周圍的第一摻雜區的摻雜深度和濃度，能夠調控對溝槽柵極結構的保護效果。第一摻雜區與埋層直接接觸，能夠保證埋層一直處于接地狀態，同樣能夠實現很好地保護溝槽柵極結構的槽角的目的。若存在部分電場通過導電層穿過了埋層，則位于溝槽柵極結構底部的第二摻雜區可以進一步保護槽角。因此，通過第一摻雜區、埋層和第二摻雜區形成的深掩蔽結構，能夠較好地保護溝槽柵極結構的槽角，降低槽角的電場，提升器件的柵氧可靠性。
23、（2）通過控制多層結構的導電層每層的摻雜寬度和摻雜濃度，可以控制igbt器件的導通特性。更大的摻雜寬度和更高的摻雜濃度可以進一步降低器件的導通壓降，提升器件的導通特性。
24、（3）設置在外延層中的埋層能夠在器件關斷過程中很好地抽取漂移區中的空穴。通過控制導電層的摻雜寬度可以控制埋層的摻雜寬度，從而進一步控制器件在關斷過程中抽取空穴的速度。更大摻雜面積的埋層可以提升器件的關斷速度，降低器件的關斷損耗。
25、（4）位于溝槽柵極結構下方，且與第二摻雜區直接接觸的第四摻雜區能夠保證第二摻雜區處于接地狀態，增強了第二摻雜區對柵極的保護作用，進而更好地改善器件的動態可靠性。
26、（5）位于溝槽柵極結構下方，且與第二摻雜區直接接觸的第五摻雜區作為電流增強區，通過控制其摻雜面積和摻雜濃度，可以進一步提升器件的導通特性。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種寬禁帶半導體溝槽IGBT器件結構，其特征在于，包括依次疊加的集電極、集電區、緩沖層和外延層，以及位于所述外延層之上的發射極；所述外延層中設置有埋層和位于所述埋層之上的阱區；所述外延層中設置有至少一個貫穿所述阱區的溝槽柵極結構；所述溝槽柵極結構的底部設置有與其直接接觸的第二摻雜區，頂部被位于所述發射極下表面的層間介質層覆蓋；所述溝槽柵極結構的兩側設置有貫穿所述阱區的發射極溝槽；所述發射極溝槽的周圍被第一摻雜區包圍；所述第一摻雜區與所述埋層直接接觸；所述發射極溝槽沿壁沉積有發射極介質層，其內部填充有半導體材料；沿第一方向上，在所述溝槽柵極結構的下方，一部分所述埋層中設置有導電層；所述導電層為多層結構；所述第一方向是指與集電極到發射極的方向垂直且與發射極溝槽到柵極溝槽的方向垂直的方向；所述集電區、所述埋層、所述阱區、所述第一摻雜區、所述第二摻雜區的摻雜類型為第一類型；所述緩沖層、所述外延層、所述導電層的摻雜類型為第二類型。
2.根據權利要求1所述的寬禁帶半導體溝槽IGBT器件結構，其特征在于，所述阱區的上表面設置有第二摻雜類型的第三摻雜區；所述第三摻雜區的上表面設置
3.根據權利要求1所述的寬禁帶半導體溝槽IGBT器件結構，其特征在于，沿第一方向上，在未設置所述導電層的所述埋層的上方，設置有與所述第一摻雜區和所述第二摻雜區均直接接觸的第四摻雜區；所述第四摻雜區的摻雜類型為第一類型。
4.根據權利要求1所述的寬禁帶半導體溝槽IGBT器件結構，其特征在于，沿第一方向上，在設置有所述導電層的所述埋層的上方，設置有與所述第一摻雜區和所述第二摻雜區均直接接觸的第五摻雜區；所述第五摻雜區的摻雜類型為第二類型。
5.根據權利要求1所述的寬禁帶半導體溝槽IGBT器件結構，其特征在于，所述導電層的每層在所述發射極溝槽指向所述溝槽柵極結構的方向上的尺寸均不同，每層的摻雜濃度均不同。
6.根據權利要求1所述的寬禁帶半導體溝槽IGBT器件結構，其特征在于，所述發射極溝槽為多級結構。
7.權利要求1~6任一項所述的寬禁帶半導體溝槽IGBT器件結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟S2還包括以下步驟：在所述阱區的上層形成第三摻雜區；步驟S8在制作所述發射極之前還包括以下步驟：在所述第三摻雜區的上表面沉積歐姆接觸金屬形成歐姆金屬層。
9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟S5還包括以下步驟：在未設置所述導電層的所述埋層上方的所述第二摻雜區周圍，形成第四摻雜區。
10.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟S5還包括以下步驟：在所述導電層上方的所述第二摻雜區周圍，形成第五摻雜區。
...【技術特征摘要】
1.一種寬禁帶半導體溝槽igbt器件結構，其特征在于，包括依次疊加的集電極、集電區、緩沖層和外延層，以及位于所述外延層之上的發射極；所述外延層中設置有埋層和位于所述埋層之上的阱區；所述外延層中設置有至少一個貫穿所述阱區的溝槽柵極結構；所述溝槽柵極結構的底部設置有與其直接接觸的第二摻雜區，頂部被位于所述發射極下表面的層間介質層覆蓋；所述溝槽柵極結構的兩側設置有貫穿所述阱區的發射極溝槽；所述發射極溝槽的周圍被第一摻雜區包圍；所述第一摻雜區與所述埋層直接接觸；所述發射極溝槽沿壁沉積有發射極介質層，其內部填充有半導體材料；沿第一方向上，在所述溝槽柵極結構的下方，一部分所述埋層中設置有導電層；所述導電層為多層結構；所述第一方向是指與集電極到發射極的方向垂直且與發射極溝槽到柵極溝槽的方向垂直的方向；所述集電區、所述埋層、所述阱區、所述第一摻雜區、所述第二摻雜區的摻雜類型為第一類型；所述緩沖層、所述外延層、所述導電層的摻雜類型為第二類型。
2.根據權利要求1所述的寬禁帶半導體溝槽igbt器件結構，其特征在于，所述阱區的上表面設置有第二摻雜類型的第三摻雜區；所述第三摻雜區的上表面設置有歐姆金屬層。
3.根據權利要求1所述的寬禁帶半導體溝槽igbt器件結構，其特征在于，沿第一方向上，在未設置所述導電層的所述埋層的上方，設置有與所述第一摻雜區和所述第二摻雜區均直接接觸的第...
【專利技術屬性】
技術研發人員：成志杰，袁俊，郭飛，王寬，吳陽陽，陳偉，
申請(專利權)人：湖北九峰山實驗室，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。