[發(fā)明專利]一種橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410571052.4
• 申請(qǐng)日: 2014-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104299992B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫偉鋒;喻慧;張龍;祝靖;陸生禮;時(shí)龍興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739;H01L29/41;H01L21/28;H01L21/331
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所32250
• 代理人: 王斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及功率半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，特別適用于大功率集成電路如變頻調(diào)速、高壓輸電、電力牽引、變頻家電、半橋驅(qū)動(dòng)電路以及汽車生產(chǎn)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極型晶體管是MOS柵結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與雙極型晶體管結(jié)構(gòu)相結(jié)合進(jìn)化而成的復(fù)合型功率結(jié)構(gòu)，它完美結(jié)合了MOS管開(kāi)關(guān)速度快和雙極型晶體管電流能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛運(yùn)用于變頻家電、感應(yīng)加熱、工業(yè)變頻、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、機(jī)車牽引等領(lǐng)域。其中，絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管(SOI-Lateral?Insulated?Gate?Bipolar?Transistor,SOI-LIGBT)是一種典型的基于SOI工藝的結(jié)構(gòu)，具有易于集成、耐壓高、驅(qū)動(dòng)電流能力強(qiáng)、開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在功率集成電路中得到了廣泛應(yīng)用。

隨著IGBT應(yīng)用的普及,對(duì)其性能的要求也日益苛刻,不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ湫枨笠嘀饾u分化,這就促使我們?cè)诂F(xiàn)有結(jié)構(gòu)上對(duì)其進(jìn)行更進(jìn)一步的優(yōu)化,使其更進(jìn)一步的適應(yīng)不同的領(lǐng)域。傳統(tǒng)的橫向SOI-LIGBT雖然具有易集成等優(yōu)勢(shì)，但是其為表面型結(jié)構(gòu)，電子在結(jié)構(gòu)表面的遷移率較低，所以電流密度較低，在保證結(jié)構(gòu)耐壓的條件下，難以獲得較高的電流驅(qū)動(dòng)能力，極大地限制了其在大功率集成電路中的應(yīng)用。

橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管(普通溝槽柵型LIGBT)的出現(xiàn)，使LIGBT的電流能力得到了較大的提升，但是由于其存儲(chǔ)的載流子較多，且空穴在關(guān)斷時(shí)需要繞過(guò)溝槽，所以其關(guān)斷速度較慢，關(guān)斷損耗較大，其在大功率集成電路中的應(yīng)用也受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法，本發(fā)明結(jié)構(gòu)可以大大增加提高結(jié)構(gòu)的電流能力，顯著減小結(jié)構(gòu)的正向?qū)▔航担⑶姨岣咂骷P(guān)斷速度，實(shí)現(xiàn)器件正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗之間的良好折中。

本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管，包括：P型襯底，在P型襯底上設(shè)有埋氧層，在埋氧層上設(shè)有N型漂移區(qū)，在N型漂移區(qū)的上表面上方設(shè)有氧化層，在N型漂移區(qū)的上表面下方設(shè)有多晶硅柵、P型體區(qū)和N型緩沖層，在P型體區(qū)內(nèi)設(shè)有發(fā)射極區(qū)，在發(fā)射極區(qū)上設(shè)有發(fā)射極鋁電極，在N型緩沖層內(nèi)設(shè)有P型集電極區(qū)，在P型集電極區(qū)上設(shè)有集電極鋁電極，并且，所述N型緩沖層和P型集電極區(qū)位于N型漂移區(qū)的一側(cè)，所述P型體區(qū)和發(fā)射極區(qū)位于N型漂移區(qū)的另一側(cè)，其特征在于，所述多晶硅柵貫穿N型漂移區(qū)且始于N型漂移區(qū)的上表面并止于埋氧層，在多晶硅柵的外周面上設(shè)有一層?xùn)叛趸瘜忧覗叛趸瘜訉⒍嗑Ч钖艊掀鋬?nèi)，所述P型體區(qū)始于N型漂移區(qū)的上表面并止于埋氧層，P型體區(qū)在N型漂移區(qū)的上表面上的形狀呈現(xiàn)閉合，且P型體區(qū)貫穿N型漂移區(qū)并始于N型漂移區(qū)的上表面、止于埋氧層，位于P型體區(qū)內(nèi)的發(fā)射極區(qū)由P型發(fā)射極及分別位于P型發(fā)射極兩側(cè)的第一N型發(fā)射極和第二N型發(fā)射極組成，所述所述第一N型發(fā)射極、第二N型發(fā)射極和P型發(fā)射極貫穿N型漂移區(qū)且始于N型漂移區(qū)的上表面并止于埋氧層，所述柵氧化層及其內(nèi)的多晶硅柵橫向切入第一N型發(fā)射極、第二N型發(fā)射極、P型發(fā)射極和P型體區(qū)內(nèi)并將第一N型發(fā)射極、第二N型發(fā)射極、P型發(fā)射極和P型體區(qū)分隔成兩部分,多晶硅柵底部到埋氧層上表面之間的距離介于0um到30um之間,P型體區(qū)的底部到埋氧層上表面之間的距離介于0um到30um之間,第一N型發(fā)射極和第二N型發(fā)射極的底部和P型發(fā)射極的底部到埋氧層上表面之間的距離介于0um到30um之間,P型體區(qū)的各外側(cè)邊界到與P型體區(qū)的外側(cè)邊界所對(duì)應(yīng)的N型緩沖層的元胞邊界的距離分別為3um到30um之間,所述橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，包括以下步驟：P型襯底、埋氧層的制備，在埋氧層上外延N型外延層，用深槽工藝結(jié)合多次外延多次高濃度離子注入工藝形成第一N型發(fā)射極、第二N型發(fā)射極、P型體區(qū)和P型發(fā)射極，用高濃度離子注入工藝形成N型緩沖層和P型集電極區(qū)，用槽柵工藝制造成多晶硅柵，在器件表面淀積氧化層，接著進(jìn)行打孔處理、淀積金屬鋁形成發(fā)射極鋁電極和集電極鋁電極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管(本發(fā)明LIGBT)可以巧妙的解決上述問(wèn)題，它可以通過(guò)控制溝槽柵、P型發(fā)射極、N型發(fā)射極深度，在不增加結(jié)構(gòu)面積的前提下增加溝道個(gè)數(shù)和溝道面積來(lái)大大提升結(jié)構(gòu)的電流密度。與此同時(shí)，結(jié)構(gòu)在關(guān)斷時(shí)，由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)的柵集電容較小，從而加快了結(jié)構(gòu)的關(guān)斷速度，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗之間的良好折中。