一種溝槽隔離橫向絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是一種溝槽隔離橫向絕緣柵雙極型晶體管，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)動電路以及汽車生產(chǎn)等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管IGBT是MOS柵器件結(jié)構(gòu)與雙極型晶體管結(jié)構(gòu)相結(jié)合進化而成的復(fù)合型功率器件，同時具備MOS管與雙極型晶體管的特點，具有良好的開關(guān)速度快、導(dǎo)通壓降小、易于驅(qū)動等特點，廣泛應(yīng)用于電力電子電路。但是IGBT在關(guān)斷的時候會有拖尾電流出現(xiàn)，極大的增大了器件的關(guān)斷損耗。絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管(SO1-Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor, SO1-LIGBT)是一種典型的基于 SOI工藝的IGBT，同樣也存在拖尾電流的問題，如何提高S01-LIGBT芯片的電流能力、改善導(dǎo)通壓降與關(guān)斷損耗之間的折中關(guān)系成為目前國際上的研宄熱點
目前，針對如何降低S01-LIGBT的損耗、提高器件電流能力、減小芯片面積，國內(nèi)外提出了許多器件結(jié)構(gòu)上的改進方法。比如日立公司提出的載流子存儲層橫向絕緣柵雙極型晶體管，通過在發(fā)射極區(qū)的P型體區(qū)外圍引入了一層N型層作為空穴的勢皇，達(dá)到阻擋空穴以提高漂移區(qū)載流子整體濃度，降低器件的正向?qū)▔航档哪康?。但是該結(jié)構(gòu)所引入的N型載流子存儲層會增大P型體區(qū)外圍N型漂移區(qū)的濃度，在改善正向飽和壓降的同時，會造成器件的擊穿電壓急劇下降，關(guān)斷損耗增強等嚴(yán)重影響器件的工作性能的問題。
[0003]綜上所述，需要不斷研宄探索能夠在不降低器件耐壓能力，且不增加器件關(guān)斷損耗的前提下，增強器件內(nèi)部電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，降低器件的正向?qū)▔航?，并能夠使器件的正向壓降、耐壓能力和關(guān)斷損耗三者實現(xiàn)較好地折中關(guān)系的新結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對上述問題，提出了一種溝槽隔離橫向絕緣柵雙極型晶體管，本發(fā)明可以增大器件導(dǎo)通電流密度，減小器件關(guān)斷損耗，增強器件的耐壓并改善器件導(dǎo)通壓降和關(guān)斷損耗的折中關(guān)系。
[0005]本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種溝槽隔離橫向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)內(nèi)的上表面下方設(shè)有P型體區(qū)和N型緩沖層，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)上連接有集電極鋁電極，在N型漂移區(qū)的上表面上設(shè)有鈍化層和第一柵氧化層且所述第一柵氧化層與P型體區(qū)部分重疊，在所述第一柵氧化層上有第一多晶硅柵，在第一多晶硅柵上連接有第一柵電極，在P型體區(qū)內(nèi)設(shè)有N型發(fā)射極區(qū)，在N型發(fā)射極區(qū)上連接有第一發(fā)射極鋁電極，其特征在于，在N型漂移區(qū)內(nèi)設(shè)有溝槽隔離層，溝槽隔離層自N型漂移區(qū)的上表面延伸至埋氧層的上表面，所述P型體區(qū)和N型緩沖層位于溝槽隔離層的一側(cè)且P型體區(qū)位于N型漂移區(qū)的上表面與溝槽隔離層形成的拐角處，在N型漂移區(qū)的上表面與溝槽隔離層形成的兩個拐角處分別設(shè)有第一 P型發(fā)射極區(qū)和第二 P型發(fā)射極區(qū)，所述第一 P型發(fā)射極區(qū)位于所述P型體區(qū)內(nèi)且第一 P型發(fā)射極區(qū)與所述N型發(fā)射極區(qū)相分離，在第一 P型發(fā)射極區(qū)和第二 P型發(fā)射極區(qū)上連接有金屬電極，在N型漂移區(qū)的上表面下方還設(shè)有第三P型發(fā)射極區(qū)且第三P型發(fā)射極區(qū)位于溝槽隔離層的另一側(cè)，在第三P型發(fā)射極區(qū)上連接有第二發(fā)射極鋁電極，在第二 P型發(fā)射極區(qū)與第三P型發(fā)射極區(qū)之間的N型漂移區(qū)上表面上設(shè)有第二柵氧化層，并且，所述第二柵氧化層的一端延伸進入所述第二 P型發(fā)射極區(qū)的上方，所述第二柵氧化層的另一端延伸進入所述第三P型發(fā)射極區(qū)的上方，在第二柵氧化層上設(shè)有氮化硅層，在氮化硅層上方設(shè)有第二多晶硅柵，在第二多晶硅柵上方設(shè)有第二柵電極，進一步地，第三P型發(fā)射極區(qū)和第二 P型發(fā)射極區(qū)間的距離可調(diào)，范圍為0.001um~10um，并且距離越小，關(guān)斷特性越好；氮化硅層要帶有負(fù)電荷，其所帶負(fù)電荷量為10_25 ~1025nC/cm3。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
1、本發(fā)明器件正向?qū)〞r，由于P型體區(qū)和第一 P型發(fā)射極區(qū)在器件導(dǎo)通時處于浮空狀態(tài)，使得空穴在N型發(fā)射極區(qū)附近的N型漂移區(qū)內(nèi)形成積累，增強了電子注入效應(yīng)，實現(xiàn)了比普通LIGBT更低的正向?qū)▔航岛透鼜姷碾娏髂芰Α?br>[0007]2、本發(fā)明器件關(guān)斷時，由于氮化硅層內(nèi)帶有負(fù)電荷，會在第二柵氧化層下方感應(yīng)出P型溝道，器件發(fā)射極附近積累的大量空穴可以沿P型體區(qū)、第一 P型發(fā)射極區(qū)、金屬電極、第二 P型發(fā)射極區(qū)、第二柵氧化層下方感應(yīng)出的P型溝道、第三P型發(fā)射極區(qū)、第二發(fā)射極鋁電極這條路徑迅速掃出，因此具有比普通LIGBT更快的開關(guān)速度，更小的拖尾電流，并實現(xiàn)了更低的橫向絕緣柵雙極型晶體管關(guān)斷損耗。
[0008]3、本發(fā)明改善了橫向絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通壓降與關(guān)斷損耗的折中關(guān)系。經(jīng)仿真和芯片實測驗證，本發(fā)明明顯改善了 IGBT正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗的折中關(guān)系。
[0009]4、本發(fā)明工藝簡單，在傳統(tǒng)橫向絕緣柵雙極型晶體管的基礎(chǔ)上進行改進，無額外光刻版，成本低。
[0010]5、本發(fā)明在實現(xiàn)相同電流能力芯片時，所采用的芯片面積小，成本低。
【附圖說明】
[0011]圖1所示為普通橫向絕緣柵雙極型晶體管的器件剖面結(jié)構(gòu)圖，圖中，24為P型發(fā)射極區(qū)，25為發(fā)射極金屬電極。
[0012]圖2所示為本發(fā)明溝槽隔離橫向絕緣柵雙極型晶體管的剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖3所示為本發(fā)明結(jié)構(gòu)正向?qū)〞r，氮化硅層感應(yīng)電荷示意圖。
[0014]圖4所示為本發(fā)明結(jié)構(gòu)關(guān)斷時，氮化娃層感應(yīng)電荷示意圖。
[0015]圖5所示為本發(fā)明結(jié)構(gòu)與普通LIGBT的正向?qū)〞r，內(nèi)部載流子分布對比圖。
[0016]圖6所示為本發(fā)明結(jié)構(gòu)關(guān)斷時，空穴抽取路徑的仿真圖。
[0017]圖7所示為本發(fā)明結(jié)構(gòu)關(guān)斷時，空穴抽取路徑仿真圖的發(fā)射極局部放大圖。
[0018]圖8所示為本發(fā)明結(jié)構(gòu)與普通LIGBT的1-V曲線對比圖。
[0019]圖9所示為本發(fā)明結(jié)構(gòu)與普通LIGBT的關(guān)斷特性對比圖。
[0020]圖10所示為本發(fā)明結(jié)構(gòu)與普通LIGBT的導(dǎo)通壓降與關(guān)斷損耗折中關(guān)系對比圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合圖2，對本發(fā)明做詳細(xì)說明，一種溝槽隔離橫向絕緣柵雙極型晶體管，包括:P型襯底I，在P型襯底I上設(shè)有埋氧層2，在埋氧層2上設(shè)有N型漂移區(qū)3，在N型漂移區(qū)3內(nèi)的上表面下方設(shè)有P型體區(qū)5和N型緩沖層6，在N型緩沖層6內(nèi)設(shè)有P型集電極區(qū)10，在P型集電極區(qū)10上連接有集電極鋁電極19，在N型漂移區(qū)3的上表面上設(shè)有鈍化層23和第一柵氧化層13且所述第一柵氧化層13與P型體區(qū)5部分重疊，在所述第一柵氧化層13上有第一多晶硅柵16，在第一多晶硅柵16上連接有第一柵電極22，在P型體區(qū)5內(nèi)設(shè)有N型發(fā)射極區(qū)11，在N型發(fā)射極區(qū)11上連接有第一發(fā)射極鋁電極18，其特征在于，在N型漂移區(qū)3內(nèi)設(shè)有溝槽隔離層4，溝槽隔離層4自N型漂移區(qū)3的上表面延伸至埋氧層2的上表面，所述P型體區(qū)5和N型緩沖層6位于溝槽隔離層4的一側(cè)且P型體區(qū)5位于N型漂移區(qū)3的上表面與溝槽隔離層4形成的拐角處，在N型漂移區(qū)3的上表面與溝槽隔離層4形成的兩個拐角處分別設(shè)有第一 P型發(fā)射極區(qū)9和第二 P型發(fā)射極區(qū)8，所述第一 P型發(fā)射極區(qū)9位