[發明專利]MOS柵晶體管及其構建方法

有效

• 申請號: 201910059689.8
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN111463257B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 櫻井建彌;吳磊;曹明霞
• 申請（專利權）人: 上海睿驅微電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/41;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

本發明公開了一種MOS柵晶體管及其構建方法，其中MOS柵晶體管包括：n?型漂移區的上方間距設置LOCOS氧化區域，LOCOS氧化區域上方設置n型多晶硅層，n型多晶硅層中形成有p基極區以及n+型發射區；n型多晶硅層上設置有多晶硅柵極結構，多晶硅柵極結構包括從下而上設置柵氧化層、多晶硅柵膜以及含硼及磷的硅化物，含硼及磷的硅化物上方設置有發射極；含硼及磷的硅化物的兩側設置有接觸孔；n?型漂移區的下方設置n+型緩沖區，n+型緩沖區的下方設置p型集電極區，p型集電極區的下方連接集電極。本發明的MOS柵晶體管能兼顧通態電壓及關斷時間兩個參數的取值，實現比較理想的載流子分布。

技術領域

本發明涉及半導體領域，特別涉及一種MOS柵晶體管及其構建方法。

背景技術

IGBT是家用電器，工業，可再生能源，UPS，鐵路，電機驅動和EVHEV應用等電力電子應用中使用最廣泛的功率器件。由于存在雙極結，因此具有非常高電流處理能力的晶體管，大約數百安培，阻斷電壓為6500V。這些IGBT可以控制數百千瓦的負載，有著廣泛的應用。IGBT特別適用于低頻率，高電壓和負載變化的應用，如機車列車，電動車輛和混合動力電動車輛。太陽能和風能等可再生能源領域的增長增大了高功率IGBT的需求。用于風力渦輪機的電動機是變速型的，并且需要使用高功率IGBT來提高效率。隨著發展中國家基礎設施活動的增長，對高壓機械的需求預計將增長，從而推動市場對高功率IGBT的需求。電動汽車(EV)和混合動力電動汽車(HEV)中的IGBT應用包括它們在動力傳動系統和用于輸送與控制電動機的充電器中的應用，預計EV/HEV銷售將以35％左右的強勁增長率增長，預計EV/HEV的IGBT市場將在預測期內增加三倍，占據整個市場50％以上的份額。根據市場需求，近30年來IGBT技術取得了長足發展，現在技術發展趨勢仍在繼續。在過去的十年中，全球領先的制造商之間競爭激烈，并且有更先進的IGBT技術發展，最新的IGBT技術已經在電動汽車和混合動力汽車的進步中完成。簡而言之，EV和HEV應用的快速增長是IGBT技術發展的主要驅動力。

傳統的溝槽FS-IGBT和溝槽FS-IEGT(注入增強型MOS柵控晶體管)對IGBT和IEGT性能的進一步創新有一些限制。圖1a及圖1b分別示出了傳統溝槽FS-IEGT以及傳統溝槽FS-IGBT的橫截面圖，FS-IEGT和IGBT中有一個晶體管部分和pin部分。晶體管部分，引腳部分中的漂移層中的載流子分布以及理想的載流子分布，具有優越的性能，如圖2所示。在晶體管部分，發射極側的pn結被反向偏置，因此發射極側的載流子截面急劇減小，另一方面，由于在虛設單元處的p浮置區域中沒有空穴路徑，所以引腳部分中的載流子分布顯著增加。由于n-漂移區中的重導率調制，n-漂移區中的較高載流子分布導致較低的電壓降Vce(sat)。但是，更高的載波分布導致更長的切換時間，toff，因此仿真和理論研究使得最佳載波分布清晰，從而在Vce(sat)和toff之間的權衡關系中取得突破。估計的理想載波分布在圖2中示出，并且發射極側的載流子分布顯著增加并且集電極側的載流子分布減小。傳統的IGBT和IEGT很難實現理想的載流子分布，導致如下方面存在不足：

(1)由于溝槽柵極底部周圍較高的電場集中，溝槽IGBT和IEGT具有低擊穿電壓BVces的缺點。

(2)傳統的IGBT和IEGT結構需要更精細的光刻，從而導致更低的Vce(sat)。簡而言之，通過使用更精細的光刻技術(亞微透鏡技術)，更精細的溝槽柵極單元對于實現更高的器件性能是必不可少的。但是，更精細的光刻機非常昂貴并且該過程非常復雜。

(3)為了實現更高的性能，使晶體管部分與引腳部分的比率更小以實現更高性能是非常重要的。

(4)傳統的IGBT和IEGT結構在n+發射極區域下方的p基區有一個空穴電流路徑。當p基極區域的電壓降超過pn結內置電壓0.6V時，由于n+-發射極區域-p基極-n-晶體管導通，IGBT和IEGT將突然斷開。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提供一種MOS柵晶體管，以實現能兼顧通態電壓及關斷時間兩個參數的取值，實現比較理想的載流子分布。