一种碳化硅和硅异质结低功耗沟槽型IGBT的制作方法

一种碳化硅和硅异质结低功耗沟槽型igbt
技术领域
1.本发明涉及igbt(insulated gate bipolar transistor,绝缘栅双极性晶体管)，具体涉及一种碳化硅和硅异质结低功耗沟槽型igbt。


背景技术：

2.近年来，随着电力电子系统的不断发展，对系统中的功率器件提出了更高的要求。绝缘栅双极晶体管（igbt）凭借着栅极易驱动、输入阻抗高、电流密度大、饱和压降低等优点，已经成为了中高功率范围内的主流功率开关器件之一。
3.但是作为双极型器件，其开关速度与单极型器件相比要慢一些，这就带来额外的开关损耗，特别是由拖尾电流带来的关断损耗，是igbt器件损耗的主要来源之一。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明涉及一种碳化硅和硅异质结低功耗沟槽型igbt。
5.本发明的技术方案：一种碳化硅和硅异质结低功耗沟槽型igbt，其包括集电极结构；所述集电极结构为多层结构，其由底层到顶层依次为p 集电极、位于p 集电极上方的n 缓冲层b、位于n 缓冲层b上的n 缓冲层a、位于n 缓冲层a上的n漂移区、位于n漂移区的上方的表面结构；所述p 集电极、n 缓冲层b均使用硅（si）材料制成，所述n 缓冲层a、n漂移区、表面结构均使用碳化硅（sic）材料制成。
6.所述表面结构包括p基区，p基区中设置有若干道沟槽栅，p基区上设置有若干n 发射极区、p 发射极区，每两个n 发射极区、一个p 发射极区一组，位于相邻沟槽栅之间，其中，n 发射极区靠近沟槽栅，p 发射极区靠近n 发射极区并位于两个n 发射极区之间；所述表面结构还包括设置在沟槽栅极、n 发射极区、p 发射极区上方的顶部发射极。
7.所述p 发射极区为深扩散，其深度小于p基区。
8.所述沟槽栅伸入n漂移区内一段。
9.本发明优点是，设计合理，构思巧妙，设计n 缓冲层a以上的部分由碳化硅材料制成，n 缓冲层b及以下的部分由硅材料制成，这样，漂移区部分利用碳化硅的高击穿电压特性，集电极部分利用硅材料的高注入效率，缓冲层利用异质结界面缺陷加快载流子复合，使得igbt具有超低的导通和关断损耗。
附图说明
10.图1是集电极结构示意图。
11.图中 p 集电极9，n 缓冲层b 8，n 缓冲层a 7，n漂移区6，表面结构5、p基区51、沟槽栅52、n 发射极区53、p 发射极区54、发射极55。
具体实施方式
12.如图所示，一种碳化硅和硅异质结低功耗沟槽型igbt，其包括集电极结构；所述集电极结构为多层结构，其由底层到顶层依次为p 集电极9、位于p 集电极9上方的n 缓冲层b 8、位于n 缓冲层b 8上的n 缓冲层a 7、位于n 缓冲层a 7上的n漂移区6、位于n漂移区6的上方的表面结构5；所述p 集电极9、n 缓冲层b 8均使用硅材料制成，所述n 缓冲层a 7、n漂移区6、表面结构5均使用碳化硅材料制成。
13.所述表面结构5包括p基区51，p基区51中设置有若干道沟槽栅52，p基区51上设置有若干n 发射极区53、p 发射极区54，每两个n 发射极区53、一个p 发射极区54一组，位于相邻沟槽栅52之间，其中，n 发射极区53靠近沟槽栅52，p 发射极区54靠近n 发射极区53并位于两个n 发射极区53之间；所述表面结构5还包括设置在沟槽栅52极、n 发射极区53、p 发射极区54上方的顶部发射极55；所述p 发射极区54为深扩散，其深度小于p基区51；所述沟槽栅52伸入n漂移区6内一段。
14.本说明书或者附图中所说明的技術要素通过单独或各种组合来发挥技术上的有用性，并不限定于申请时权利要求所述的组合。此外，在本说明书或附图中所例示的技术同时达成多个目的，并且达成其中一个目的本身便具有技术上的有用性。


技术特征：
1.一种碳化硅和硅异质结低功耗沟槽型igbt，其包括集电极结构；其特征在于，所述集电极结构为多层结构，其由底层到顶层依次为p 集电极、位于p 集电极上方的n 缓冲层b、位于n 缓冲层b上的n 缓冲层a、位于n 缓冲层a上的n漂移区、位于n漂移区的上方的表面结构；所述p 集电极、n 缓冲层b均使用硅材料制成，所述n 缓冲层a、n漂移区、表面结构均使用碳化硅材料制成。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅和硅异质结低功耗沟槽型igbt，其特征在于，所述表面结构包括p基区，p基区中设置有若干道沟槽栅，p基区上设置有若干n 发射极区、p 发射极区，每两个n 发射极区、一个p 发射极区一组，位于相邻沟槽栅之间，其中，n 发射极区靠近沟槽栅，p 发射极区靠近n 发射极区并位于两个n 发射极区之间；所述表面结构还包括设置在沟槽栅极、n 发射极区、p 发射极区上方的顶部发射极。3.根据权利要求2所述的一种碳化硅和硅异质结低功耗沟槽型igbt，其特征在于，所述p 发射极区为深扩散，其深度小于p基区。4.根据权利要求2所述的一种碳化硅和硅异质结低功耗沟槽型igbt，其特征在于，所述沟槽栅伸入n漂移区内一段。

技术总结
本发明涉及一种碳化硅和硅异质结低功耗沟槽型IGBT，其包括集电极结构；所述集电极结构为多层结构，其由底层到顶层依次为P 集电极、位于P 集电极上方的N 缓冲层B、位于N 缓冲层B上的N 缓冲层A、位于N 缓冲层A上的N漂移区、位于N漂移区的上方的表面结构；所述P 集电极、N 缓冲层B均使用硅材料制成，所述N 缓冲层A、N漂移区、表面结构均使用碳化硅材料制成。设计N 缓冲层A以上的部分由碳化硅材料制成，N 缓冲层B及以下的部分由硅材料制成，这样，漂移区部分利用碳化硅的高击穿电压特性，集电极部分利用硅材料的高注入效率，缓冲层利用异质结界面缺陷加快载流子复合，使得IGBT具有超低的导通和关断损耗。导通和关断损耗。导通和关断损耗。


技术研发人员：张新峰 黄宏嘉 帝玛 陈善亮 杨祚宝 王霖 弓小武 袁嵩 龙安泽 曹金星 应艳阳 杜陈 张函
受保护的技术使用者：江苏卓远半导体有限公司
技术研发日：2022.02.21
技术公布日：2022/5/25