肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管及其制备工艺

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管及其制备工艺。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、绝缘栅双极型晶体管(igbt)具有耐压高、易驱动、电流能力强等优点，广泛的应用于白色家电、铁路运输和电机驱动等领域。当igbt器件工作时，器件的集电极向器件漂移区注入大量空穴，产生电导调制效应，从而降低器件的电阻，增大器件的电流能力，因此，器件漂移区注入并存储的载流子数量对器件的电流能力有至关重要的影响。

3、同时，器件注入到漂移区的多余载流子需要在器件关断过程中完全抽走，抽取这部分多余载流子使得器件关断过程中存在尾电流效应，使得器件的关断速度较慢，限制了器件的关断速度。

4、为了提高igbt器件的关断速度，一种常用的方法是在漂移区内增加复合中心，这种方法会大大增加工艺难度和工艺成本。另一种常用方法是在集电极同时采用实现载流子注入功能的pn结电极和实现电子抽取功能的肖特基结电极，为了实现电子抽取功能并防止出现电压回滞现象，肖特基结需要具有较低的势垒高度，仅能实现电子抽取功能，不具有空穴注入的作用，而且此种方法需要增加额外的电极，增加了工艺复杂度和工艺成本。

5、为了提升igbt器件的载流子注入量，通常会在漂移区与体区边界处增加漂移区掺杂浓度，形成载流子存储层，增强器件的漂移区载流子注入量，然而，增加载流子存储层会增加漂移区与体区pn结面上的电场峰值，引起器件提前击穿，降低器件的击穿电压。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管及其制备工艺，可以实现器件快速关断，并引入载流子存储层辅助耗尽层，在增强器件电流能力的同时避免了击穿电压降低。

2、根据本发明实施例的第一个方面，公开了肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管，包括：依次连接的集电极金属、第一导电类型缓冲区和第一导电类型漂移区；第一导电类型漂移区连接有第二导电类型体区和栅氧化层，所述第二导电类型体区表面与发射极金属相连，所述栅氧化层上方连接栅电极；所述第一导电类型缓冲区完全被所述集电极金属覆盖，且所述第一导电类型缓冲区与集电极金属之间形成肖特基接触。

3、作为进一步的方案，所述集电极金属和第一导电类型缓冲区之间形成的肖特基势垒高度能够使得肖特基接触面处的第一导电类型缓冲区反型为第二导电类型；且反型得到的第二导电类型载流子浓度大于1×1015cm-3。

4、作为进一步的方案，所述集电极金属采用金属铂或者金或者铂与金的合金。

5、作为进一步的方案，所述第一导电类型漂移区内设有载流子存储层，所述存储层在第一方向上完全覆盖漂移区；

6、或者，所述载流子存储层在第一方向上部分覆盖漂移区；

7、其中，所述第一方向为：与集电极金属与发射极金属的相对方向相垂直的方向。

8、作为进一步的方案，所述第一导电类型漂移区中设有载流子存储层辅助耗尽区，所述载流子存储层辅助耗尽区与载流子存储层间隔排列；

9、或者，所述载流子存储层辅助耗尽区在载流子存储层区内按照设定的规则嵌套设置。

10、作为进一步的方案，所述载流子存储层能够在靠近第二导电类型体区的一侧形成连通区域；

11、或者，所述载流子存储层能够通过其与第二导电类型体区之间的第一导电类型漂移区，形成连通区域。

12、根据本发明实施例的第二个方面，公开了一种电源管理芯片，采用了上述的半导体器件。

13、根据本发明实施例的第三个方面，公开了一种肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管的制备方法，适用于纵向肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管，包括：

14、在衬底上分别形成第一导电类型缓冲区和第一导电类型漂移区；

15、在此基础上分别形成第二导电类型体区、栅氧化层、栅电极、第一导电类型发射极接触区和第二导电类型体区接触区；

16、从器件背面减薄至设定厚度，去掉衬底；

17、清洗减薄后的表面，溅射集电极金属；

18、快速退火使集电极金属与半导体材料形成合金，优化肖特基结；

19、通过沉积金属增加集电极金属的总厚度；

20、在器件正面形成发射极金属和钝化层等常规工艺步骤。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、(1)本发明所提出的肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管的第一导电类型缓冲区完全被集电极金属覆盖，且与集电极金属之间形成肖特基接触，由于不存在pn结，器件处于导通时不存在pn结带来的漂移区非平衡载流子注入，器件可以实现快速关断效果。

23、(2)本发明所提出的肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管的集电极金属与第一导电类型缓冲区间肖特基势垒较高时，肖特基结面处的第一导电类型缓冲区将发生反型，产生超薄的第二导电类型层，使得器件漂移区在导通状态下存在非平衡载流子注入，提升器件的导电能力。另外，由于反型产生的第二导电类型层非常薄，非平衡载流子注入量较小，从而在增加器件电流能力的同时保持了器件快速关断的优点。

24、(3)本发明所提出的肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管在增加了载流子存储层后可以增加器件的漂移区非平衡载流子存储量，从而增加器件的电流能力。另外，当器件同时增加载流子存储层和载流子存储层辅助耗尽区时，载流子辅助耗尽区可以在器件关断耐压状态下辅助载流子存储层的耗尽，且本发明所提出的载流子存储层和载流子辅助耗尽区布局可以使所有载流子存储层具有增加载流子存储的效果，从而使器件最大限度的增加电流能力，同时避免击穿电压下降。

25、(4)本发明所提出的纵向肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管制备方法采用背面减薄工艺实现，待器件的大部分正面工艺和步骤完成后，将用于支撑的衬底完全移除掉，然后从背面形成集电极金属，无需形成第二导电类型注入区，工艺步骤简单，成本低。同时，器件厚度仅有漂移区厚度，达到了最小，可以降低衬底寄生电阻和热阻，大大提高器件的导电性和散热性。

26、本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。

技术特征：

1.肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管，包括：依次连接的集电极金属、第一导电类型缓冲区和第一导电类型漂移区；第一导电类型漂移区连接有第二导电类型体区和栅氧化层，所述第二导电类型体区表面与发射极金属相连，所述栅氧化层上方连接栅电极；其特征在于，所述第一导电类型缓冲区完全被所述集电极金属覆盖，且所述第一导电类型缓冲区与集电极金属之间形成肖特基接触。

2.如权利要求1所述的肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述集电极金属和第一导电类型缓冲区之间形成的肖特基势垒高度能够使得肖特基接触面处的第一导电类型缓冲区反型为第二导电类型；且反型得到的第二导电类型载流子浓度大于1×1015cm-3。

3.如权利要求1或2所述的肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述集电极金属采用金属铂或者金或者铂与金的合金。

4.如权利要求1或2所述的肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述第一导电类型漂移区内设有载流子存储层，所述载流子存储层在第一方向上完全覆盖漂移区；

5.如权利要求4所述的肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述第一导电类型漂移区中设有载流子存储层辅助耗尽区，所述载流子存储层辅助耗尽区与载流子存储层间隔排列，或者所述载流子存储层辅助耗尽区在载流子存储层区内按照设定的规则嵌套设置。

6.如权利要求5所述的肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述载流子存储层能够在靠近第二导电类型体区的一侧形成连通区域；

7.一种电源管理芯片，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管。

8.一种肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管的制备方法，适用于纵向肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的一种肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管的制备方法，其特征在于，还包括：在第一导电类型漂移区形成载流子存储层和载流子存储层耗尽区的过程。

技术总结
本发明公开了肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管及其制备工艺，包括：依次连接的集电极金属、第一导电类型缓冲区和第一导电类型漂移区；第一导电类型漂移区连接有第二导电类型体区和栅氧化层，第二导电类型体区表面与发射极金属相连，所述栅氧化层上方连接栅电极；第一导电类型缓冲区完全被集电极金属覆盖，且第一导电类型缓冲区与集电极金属之间形成肖特基接触。本发明肖特基结注入型绝缘栅双极型晶体管的第一导电类型缓冲区完全被集电极金属覆盖，且与集电极金属之间形成肖特基接触，由于不存在PN结，器件处于导通时不存在PN结带来的漂移区非平衡载流子注入，器件可以实现快速关断效果。

技术研发人员：张春伟,赵鲁斌,李阳,刘静轩,岳文静,高嵩,阚皞
受保护的技术使用者：济南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6