絕緣柵雙極型晶體管放大器電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)器件。具體地，本發(fā)明涉及將場效應(yīng)晶體管與雙極型晶體管結(jié)合在一起的混合形式的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年，對高度集成的半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的關(guān)注正在增長，該高度集成的半導(dǎo)體器件可以用于功率管理和信號放大。
[0003]美國專利第5，126，806號描述了橫向絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)(參考文獻(xiàn)1)，其尤其適合高功率開關(guān)應(yīng)用。所公開的是其源極和漏極分別連接到橫向雙極型晶體管的基極和發(fā)射極的增強(qiáng)型IGFET器件。當(dāng)適當(dāng)?shù)臇艠O輸入電壓(在此是正電荷的形式)被施加到IGFET時，溝道導(dǎo)電，從而將雙極型晶體管偏置到導(dǎo)電狀態(tài)。施加到柵極電極上的電荷可以用于控制通過雙極型器件的大電流，其在電力應(yīng)用中具有特別的意義。但是，高電壓下的安全開關(guān)操作需要在雙極型晶體管中的非常寬的基極和較低的增益。如由Bakeroot等在IEEE EDL-28, pp.416-418，2007中所描述的，各種形式的所述器件已經(jīng)被集成到現(xiàn)代CMOS工藝中(參考文獻(xiàn)2)。與此相關(guān)的還有，Journal of Electrical and ElectronicsEngineering，vol.3，pp.35-52，2012 中的，由 E.Kho Ching Tee 所著的名稱為 “A reviewof techniques used in Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor (LIGBT)，，的報告(參考文獻(xiàn)3)。雖然這種類型的器件對各種形式的電力開關(guān)非常有用，但是由于其需要高壓能力和較低的內(nèi)部增益，所以它對于包含在進(jìn)行功率管理和信號放大的低壓高度集成電路中的器件而言是不利的。
[0004]圖1A示出橫向絕緣柵雙極型晶體管器件(LIGBT)形式的現(xiàn)有技術(shù)的示例，諸如上文提及的由Sakurai等的美國專利第5，126，806號中所描述的橫向絕緣柵雙極型晶體管器件。集成器件30在低摻雜η型層35中構(gòu)造，該低摻雜η型層35包含雜質(zhì)濃度比η型層雜質(zhì)濃度更高的Ρ型摻雜層50和雜質(zhì)濃度超過ρ型摻雜層50的ρ+層70。在ρ型摻雜層50中設(shè)置有η+層60，其雜質(zhì)濃度比ρ型層50的雜質(zhì)濃度更高。ρ型摻雜層50和η+層60被發(fā)射極電極55電短路。集電極電極65形成到ρ+層70的歐姆接觸。絕緣膜充當(dāng)柵極電介質(zhì)40且將柵極電極45與襯底分開。
[0005]當(dāng)向柵極電極45施加正電勢時，在柵極電介質(zhì)40下方的ρ型層50的表面部分的導(dǎo)電性反型，以形成η型溝道。然后來自η+層60的電子可以通過溝道從η-層35穿過到Ρ+層70，正空穴從ρ+層70處被注入。因此，在圖1Α中，具有高電阻率η-層35被電導(dǎo)率調(diào)制以在陽極(C)和陰極(Ε)之間提供低電阻路徑。這樣可以實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻和優(yōu)良的正向阻斷特征，這對于各種形式的電力開關(guān)是非常有用的。
[0006]存在對上文描述的實(shí)施方案的許多修改，其重點(diǎn)在改進(jìn)開關(guān)性能上，其中的一些在 Journal of Electrical and Electronics Engineering，vol.3, pp.35-52，2012 中發(fā)表的由E.Kho Ching Tee所著的“A review of techniques used in Lateral InsulatedGate Bipolar Transistor (LIGBT) ” 的報告中涉及。
[0007]圖1B是針對圖1A中的器件的等效電路圖。示出了三個端子C、E和G。該器件還利用外部的背側(cè)襯底電極。η型IGFET將其源極和體端子在(Ε)處綁在一起，且繼而這些通過體電阻R1被連接到橫向雙極ρηρ晶體管的集電層(C)。還示出了橫向ρηρ晶體管的基極端子如何通過可變電阻R2連接到IGFET的漏極，可變電阻R2鏡像了導(dǎo)電率調(diào)制。
[0008]在圖1Β中包含垂直寄生ηρη晶體管，其基極連接到橫向ρηρ晶體管的集電極，以示出LIGBT包含類似半導(dǎo)體閘流管的結(jié)構(gòu)。一旦該半導(dǎo)體閘流管引起閂鎖效應(yīng)，則LIGBT器件可以不再由柵極電勢控制。閂鎖效應(yīng)的條件是:αηρη+α_多1，其中α _和α _分別是寄生ηρη晶體管和ρηρ晶體管的共基極電流增益。為了減小閂鎖效應(yīng)的風(fēng)險，降低兩個晶體管中的電流增益α是必要的。由于ρηρ晶體管承擔(dān)導(dǎo)通壓降，所以ηρη晶體管的增益必須通過例如提高在發(fā)射極層之下的基極摻雜(降低基極電阻)來抑制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]顯然，為了作為放大電路在商業(yè)上有吸引力，現(xiàn)有技術(shù)的混合半導(dǎo)體器件需要被改進(jìn)，尤其是在閂鎖效應(yīng)方面。
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種克服了現(xiàn)有技術(shù)器件缺點(diǎn)的IGBT器件。這通過如權(quán)利要求1中限定的器件來實(shí)現(xiàn)。
[0011]橫向IGBT晶體管被提供，其包括雙極型晶體管和IGFET，其具有在IGFET的漏極與雙極型晶體管的基極之間的低電阻率連接，以及布置在IGFET與雙極型晶體管之間的隔離層，從而提供抗閂鎖性。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，橫向IGBT晶體管是橫向η溝道IGBT晶體管，其包括雙極型ΡΝΡ晶體管和η溝道IGFET。橫向η溝道IGBT晶體管包括半導(dǎo)體襯底和絕緣層，該絕緣層隱埋在半導(dǎo)體襯底中，且至少覆蓋雙極型ΡΝΡ晶體管。雙極型ΡΝΡ晶體管包括:
[0013]-ρ型集電極層，其布置在絕緣層的一部分的上方，且延伸到半導(dǎo)體襯底的上表面，形成雙極型ΡΝΡ晶體管的集電極；
[0014]-η型基極層，其布置在ρ型集電極層中，且延伸到半導(dǎo)體襯底的上表面，形成雙極型ΡΝΡ晶體管的基極；以及
[0015]-ρ型發(fā)射極層，其布置在η型基極層中，且延伸到半導(dǎo)體襯底的上表面，形成雙極型ΡΝΡ晶體管的發(fā)射極。
[0016]η 溝道 IGFET 包括:
[0017]_ρ講，其從半導(dǎo)體襯底的上表面延伸到半導(dǎo)體襯底中；
[0018]-溝道層，其在半導(dǎo)體襯底的上表面附近且布置在柵極結(jié)構(gòu)的下方；
[0019]-η型源極層，其形成η溝道IGFET的源極；以及
[0020]-η型漏極層，其形成η溝道IGFET的漏極。
[0021]根據(jù)本實(shí)施方案的橫向η溝道IGBT晶體管被設(shè)置有:
[0022]-η阱層，其與η溝道IGFET的ρ阱和雙極型ΡΝΡ晶體管的集電極層相鄰。η型基極層被集電極層包圍。η阱層圍繞集電極層且與絕緣層接觸，提供了雙極型ΡΝΡ晶體管的器件隔咼，
[0023]-低電阻率互連層，其從漏極層延伸到基極層，形成低電阻率互連且同時提供到基極層的歐姆接觸。低電阻率互連層布置成至少部分在Ρ阱上且至少部分在集電極層上且至少部分在η阱層上。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方案，橫向IGBT晶體管是橫向ρ溝道IGBT晶體管，其包括雙極型ηρη晶體管和ρ溝道IGFET。
[0025]橫向ρ溝道IGBT晶體管包括半導(dǎo)體襯底和隱埋的η型層，該隱埋的η型層布置在半導(dǎo)體襯底中，至少覆蓋在雙極型ΝΡΝ晶體管和至少部分的IGFET的漏極層。
[0026]雙極型ηρη晶體管包括:
[0027]-η型集電極層，其布置在隱埋的η型層的一部分上方并且一部分延伸到半導(dǎo)體襯底的上表面，形成雙極型ηρη晶體管的集電極；
[0028]-ρ型基極層，其布置在η型集電極層中并延伸到半導(dǎo)體襯底的上表面，形成雙極型ηρη晶體管的基極；以及
[0029]-η型發(fā)射極層，其布置在基極層中，并延伸到上半導(dǎo)體襯底，形成雙極型ηρη晶體管的發(fā)射極。
[0030]ρ 溝道 IGFET 包括:
[0031]_η阱，其從半導(dǎo)體襯底的上表面延伸到半導(dǎo)體襯底中；
[0032]-溝道層，其在半導(dǎo)體襯底的上表面附近且布置在柵極結(jié)構(gòu)的下方；
[0033]-ρ型源極層，其形成ρ溝道IGFET的源極；以及
[0034]-ρ型漏極層，其形成ρ溝道IGFET的漏極。
[0035]根據(jù)該實(shí)施方案，橫向ρ溝道IGBT晶體管設(shè)置