[發明專利]絕緣柵雙極晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201310253293.X
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN104241346B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 高東岳;呂國琦
• 申請（專利權）人: 上海北車永電電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/423;H01L21/331
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司31266
• 代理人: 成春榮,竺云

技術領域

本發明涉及電子器件領域，特別涉及絕緣柵雙極晶體管(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，簡稱IGBT)及其制備方法。

背景技術

近年來高壓IGBT器件因為其具有牽引力強，功耗低的特點在高速動車，大型機械設備等領域需求大增。IGBT是由雙極型晶體管(Bipolar?Junction?Transistor，簡稱BJT)和絕緣柵型場效應管(Metal-Oxide-Semiconductor?Field?Effect?Transistor，簡稱MOSFET)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有高輸入阻抗和低導通壓降兩方面的優點。

然而，高壓IGBT器件會隨著擊穿電壓的增加，電流能力下降，從而導致靜態導通壓降增加，相應地靜態功耗增加。為了降低靜態功耗，高壓IGBT器件，尤其是擊穿電壓大于6500V的超高壓IGBT器件的兩個P體區間的結型場效應晶體管JFET（Junction?Field-effect?Transisto_r，簡稱JFET）區寬度都很大，這樣器件的柵極集電極電容C_gc就會增加，從而增加了器件的關斷延遲，增大了器件的動態功耗，影響了器件的應用頻率。如圖1是現有技術中一種高壓IGBT的結構示意圖，該高壓IGBT包括漂移區1、第一體區5A、第二體區5B、第一摻雜區6A、第二摻雜區6B、柵氧化層3、場氧化層2、柵極4、絕緣介質層7、發射極8、場截止區9、集電區10和集電極11。

通常降低C_gc的一種方法是增加JFET區柵極下氧化層的厚度d_oxide，從而降低C_gs（s代表硅表面）。但實際上該種方法對降低C_gc十分有限。

C_gc是由C_gs和C_Sc串聯而成的，C_gs是柵極和硅表面間的電容，C_Sc是硅表面和集電極間的電容。

c_gs=Aε₀ε_oxide/d_oxide，c_sc=Aε₀ε_silicon/d_silicon

其中，A代表相鄰兩個p體區間的JFET區所對應的柵極區的面積，ε₀是真空介電常數。ε_oxide是柵極下氧化層的介電常數，d_oxide是柵極下氧化層的厚度。ε_silicon是硅的介電常數，d_silicon是硅的厚度。

ε_oxide=3.9，d_oxide＝2μm(厚氧),0.12μm(薄氧)

ε_silicon=11.9，d_silicon=40μm

c_sc/c_gs=ε_silicond_oxide/ε_oxided_silicon=1/6.55

因此，C_gc主要是由C_sc決定的，增加柵極下氧化層的厚度只是可以降低C_gs，對整個C_gc的降低作用十分有限。

降低C_gc的另一種方法是降低C_sc。從C_sc的公式可以看出，降低C_sc可以通過降低JFET區面積來實現。而降低JFET區面積會增加靜態壓降，從而增加靜態功耗。由于這對矛盾的存在，只能采用擇中方案，即選擇適當的JFET區寬度，得到擇中的靜態功耗和動態功耗。不能夠在保持靜態功耗不變的前提下，有效降低動態功耗。

發明內容

本發明的目的在于提供一種絕緣柵雙極晶體管及其制備方法，可以在不降低IGBT的靜態壓降，即保持其靜態功耗不變的前提下，有效降低柵極集電極電容C_gc，從而得到較低的動態功耗。

為解決上述技術問題，本發明的實施方式公開了一種絕緣柵雙極晶體管，包含第一半導體類型的襯底，襯底具有第一表面和第二表面，該第一表面和第二表面形成第一半導體類型的漂移區；