[發明專利]一種具有額外電極的折疊硅LIGBT及其制作方法

在審

• 申請號: 202210353013.1
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114784101A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 段寶興;張瑤;王彥東;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/40;H01L21/331
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發明涉及一種晶體管器件，具體涉及一種具有額外電極的折疊硅LIGBT及其制作方法。解決了現有橫向絕緣柵雙極型晶體管中延伸的柵電極末端容易產生強電場峰，限制了器件擊穿電壓的提升的技術問題。本發明的折疊硅LIGBT器件包括：P型襯底；柵氧化層和場氧化層；P型阱區，及P型阱區內的P型發射極區和N型發射極區；設置在P型襯底內的N型漂移區；N型漂移區內摻雜形成的N型緩沖層區和P型集電極區；設置在N型發射極區和P型發射極區上方的發射極電極；設置在P型集電極區上方的集電極；設置在柵氧化層和場氧化層交界處上方的金屬柵電極；設置在場氧化層上方的額外電極；額外電極用于施加正向偏置電壓。本發明還提供了該器件的制作方法。

技術領域

本發明涉及一種晶體管器件，具體涉及一種具有額外電極的折疊硅LIGBT及其制作方法。

背景技術

功率半導體器件(Power Semiconductor Device)又稱為電力電子器件，它在電力電子系統中承擔著能量控制與功率轉換的重要作用，是電力電子變換的核心所在。功率半導體器件性能的不斷發展進步，在一定程度上推動了信息化社會的高速發展和人民生活質量的提高。

橫向絕緣柵雙極型晶體管(LIGBT，Lateral insulated Gate BipolarTransistor)，既具有MOSFET的高輸入阻抗、柵控能力強的優點，同時又具有BJT的高電流密度、低導通壓降以及強電流處理能力的優點，在高壓大電流應用領域發揮著重要作用，此外，橫向器件具有兼容性好，易集成的優勢，但是由于LIGBT器件導通時，器件漂移區內部存儲了大量的載流子，關斷時這些過剩的載流子需要通過復合消失的過程形成了LIGBT的電流拖尾現象，使得LIGBT的關斷時間變長，關斷損耗變大。通過將柵電極延伸至漂移區表面，引起多數載流子積累，可以大幅度減小器件的正向導通壓降，然而延伸的柵電極末端容易產生強電場峰，限制了器件擊穿電壓的提升。

發明內容

本發明的目的是解決現有橫向絕緣柵雙極型晶體管中延伸的柵電極末端容易產生強電場峰，限制了器件擊穿電壓的提升的技術問題，而提供一種具有額外電極的折疊硅LIGBT及其制作方法。本發明的折疊硅LIGBT，在導通時，因為額外電極上加有一定的正電壓，以及金屬柵電極部分延伸在N型漂移區表面，使得在N型漂移區表面形成多數載流子積累層，并結合折疊硅結構帶來的器件有效漂移區面積和有效柵極寬度的增加，極大的改善了器件的導通特性，此外，額外電極上所加的電壓優化了漂移區中電場分布，使得器件的整體性能得以提升。

本發明的技術解決方案為：

一種具有額外電極的折疊硅LIGBT，其特殊之處在于，包括：P型襯底；

通過刻蝕工藝形成在P型襯底上部且沿左右方向延伸的溝道以及位于溝道前后兩側的溝槽；

自左至右相鄰設置在溝道前后側壁和上表面以及溝槽底面的柵氧化層和場氧化層；

設置在P型襯底的上部左側的P型阱區，以及自左至右依次設置在P型阱區上部左側的P型發射極區和N型發射極區；

設置在P型襯底的上部右側的N型漂移區；所述N型漂移區包括第一漂移區和第二漂移區；其中，第一漂移區位于溝道內；所述第二漂移區位于第一漂移區下方；

設置在N型漂移區上部右側且摻雜形成N型緩沖層區；

設置在N型緩沖層區上部右側且摻雜形成P型集電極區；

其中，柵氧化層位于P型阱區上方且左側與N型發射極區接觸，場氧化層左側與柵氧化層接觸，右側與N型緩沖層區接觸，且柵氧化層的厚度小于場氧化層；

設置在N型發射極區和P型發射極區交界處上方的發射極電極；

設置在P型集電極區上方的集電極；

設置在柵氧化層和場氧化層交界處上方的金屬柵電極；