超高速大電流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)明涉及半導(dǎo)體功率器件，特別是雙子導(dǎo)電功率器件的材料和結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，傳統(tǒng)的橫向雙子功率器件是通過(guò)利用大注入效應(yīng)引入的大量空穴和電子來(lái)導(dǎo)電。例如最典型的橫向絕緣柵雙極型晶體管器件(LIGBT)，由于使用了雙子導(dǎo)電，所以其導(dǎo)通電阻小，導(dǎo)通壓降遠(yuǎn)小于同等條件下的金屬氧化物半導(dǎo)體型器件(MOS)。盡管MOS器件使用多子導(dǎo)電，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻較大，但其開(kāi)關(guān)速度極為迅速;然而由于LIGBT利用了雙子導(dǎo)電，在功率器件關(guān)閉時(shí)漂移區(qū)中會(huì)存在大量的非平衡載流子，它們無(wú)法在短時(shí)間之內(nèi)被中和掉，這導(dǎo)致LIGBT器件在關(guān)斷過(guò)程后會(huì)有一個(gè)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的陽(yáng)極拖尾電流。人們開(kāi)展了大量的工作來(lái)優(yōu)化這個(gè)陽(yáng)極拖尾電流，例如經(jīng)典的陽(yáng)極短路LIGBT【P.A.Gough，M.R.Simpson,and V.Rumenik，“Fast switching lateral insulated gate transistor,”in IEDM Tech.Dig.，1986，pp.218-221】，肖特基注入SINFET【J.K.0.Sin，C.A.T.Salama，L.Z.Hou, uThe SINFET - A Schottky inject1n MOS - gated device /' IEEETrans.Electron Devices , vol.ED-33, 1940，1986】，SiGe陽(yáng)極 LIGBT【P.Li，Y.Q.Li ,andC.A.T.Salama,uA heterojunct1n bipolar transistor with a thina-Si emitter,”IEEE Trans.Electron Devices ,vol.41 ,n0.6,pp.932-935，Jun.1994】，等等。傳統(tǒng)解決方案大多都是通過(guò)削弱陽(yáng)極的大注入效應(yīng)，或者通過(guò)縮短載流子壽命來(lái)減小空穴的濃度，使得在器件從導(dǎo)通到關(guān)閉時(shí)，非平衡載流子也相應(yīng)降低，從而縮短LIGBT拖尾電流的持續(xù)時(shí)間。然而，這些方案由于減小了空穴載流子的濃度，將導(dǎo)致器件導(dǎo)通時(shí)的電流密度降低，使得器件的導(dǎo)通損耗增大。此外，上述方案只能減小LIGBT在關(guān)閉時(shí)的非平衡載流子濃度而無(wú)法徹底消除，所以LIGBT的拖尾電流只能被削弱，無(wú)法被消除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管器件，能夠通過(guò)大幅度提高LIGBT導(dǎo)通時(shí)的載流子濃度來(lái)提高器件的導(dǎo)通電流密度。
[0004]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是，能夠大幅提高開(kāi)關(guān)速度并能徹底消除陽(yáng)極拖尾電流。
[0005]本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管，包括硅襯底I和設(shè)置于硅襯底I和埋氧18上方的漂移區(qū)2、溝道區(qū)3、歐姆接觸重?fù)诫s區(qū)
4、陰極5、柵極介質(zhì)8、陽(yáng)極引出線10、柵極11、陰極引出線12、陽(yáng)極13，
[0006]漂移區(qū)2在陽(yáng)極13與溝道區(qū)3之間的部分的上表面，設(shè)置有電場(chǎng)加強(qiáng)單元20，所述電場(chǎng)加強(qiáng)單元20用于產(chǎn)生一個(gè)從陽(yáng)極13指向電場(chǎng)加強(qiáng)單元20下表面的電場(chǎng)；
[0007]電場(chǎng)加強(qiáng)單元20通過(guò)絕緣介質(zhì)6與漂移區(qū)2隔離。
[0008]所述電場(chǎng)單元20包括:
[0009]高阻導(dǎo)電區(qū)7，
[0010]與高阻導(dǎo)電區(qū)7連接，且處于高阻導(dǎo)電區(qū)7靠近陽(yáng)極13的一側(cè)的加速柵極重?fù)诫s區(qū)15，
[0011]與高阻導(dǎo)電區(qū)7連接，且處于高阻導(dǎo)電區(qū)7靠近溝道區(qū)3—側(cè)的接地?fù)诫s區(qū)16，
[0012]與加速柵極重?fù)诫s區(qū)15連接的加速柵極9，
[0013]與接地?fù)诫s區(qū)16連接的接地電極17。
[0014]所述加速柵極重?fù)诫s區(qū)15的材質(zhì)為N+型材料，接地?fù)诫s區(qū)16的材質(zhì)為P型材料。
[0015]所述加速柵極重?fù)诫s區(qū)15在漂移區(qū)2的上表面所在平面上的投影與陽(yáng)極13在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影有重合。
[0016]接地?fù)诫s區(qū)16在漂移區(qū)2的上表面所在平面上的投影與溝道區(qū)3在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影有重合。
[0017]所述電場(chǎng)加強(qiáng)單元20嵌入絕緣介質(zhì)6內(nèi)，絕緣介質(zhì)6將電場(chǎng)加強(qiáng)單元20與晶體管的其他部分隔咼。
[0018]本發(fā)明同傳統(tǒng)通過(guò)削弱LIGBT導(dǎo)通時(shí)載流子濃度來(lái)提高關(guān)閉速度的方法相左，本發(fā)明將利用外圍電場(chǎng)，通過(guò)大幅度提高LIGBT導(dǎo)通時(shí)的載流子濃度來(lái)徹底消除陽(yáng)極拖尾電流并大幅提尚開(kāi)關(guān)速度，所以本發(fā)明將實(shí)現(xiàn)LIGBT器件導(dǎo)通性能和開(kāi)關(guān)性能的雙重提尚。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是實(shí)施例1中器件的截面圖。
[0020]圖2是實(shí)施例2中器件的截面圖。
[0021 ]圖3是實(shí)施例3中器件的截面圖。
[0022]圖4是實(shí)施例4中器件的截面圖。
[0023]圖5是實(shí)施例5中器件的截面圖。
[0024]圖6是實(shí)施例6中器件的截面圖。
[0025]圖7是實(shí)施例7中器件的截面圖。
[0026]圖8是圖1中器件加速柵極重?fù)诫s區(qū)15與陽(yáng)極13投影重疊示意圖。
[0027]圖9是圖1中器件接地?fù)诫s區(qū)16與溝道區(qū)3投影重疊示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明提供一種超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管，包括硅襯底I和設(shè)置于硅襯底I和埋氧18上方的漂移區(qū)2、溝道區(qū)3、歐姆接觸重?fù)诫s區(qū)4、陰極5、柵極介質(zhì)8、陽(yáng)極引出線10、柵極11、陰極引出線12、陽(yáng)極13，漂移區(qū)2在陽(yáng)極13與溝道區(qū)3之間的部分的上表面，設(shè)置有電場(chǎng)加強(qiáng)單元20，所述電場(chǎng)加強(qiáng)單元20用于產(chǎn)生一個(gè)從陽(yáng)極13指向電場(chǎng)加強(qiáng)單元20下表面的電場(chǎng)，工作時(shí)，該電場(chǎng)在晶體管器件從柵極11收到關(guān)斷信號(hào)到器件完全關(guān)斷的過(guò)程中產(chǎn)生消除拖尾電流的作用;在晶體管器件導(dǎo)通時(shí)則將產(chǎn)生降低導(dǎo)通損耗的作用。
[0029]電場(chǎng)加強(qiáng)單元20通過(guò)絕緣介質(zhì)6與漂移區(qū)2隔離。
[0030]更具體的，本發(fā)明的超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管器件包括襯底1、漂移區(qū)2、陽(yáng)極13、溝道區(qū)3、歐姆接觸重?fù)诫s區(qū)4、陰極5、柵極11、柵極介質(zhì)8、陽(yáng)極引出線10、陰極引出線12、緩沖區(qū)14，漂移區(qū)2、埋氧18、緩沖區(qū)14、陰極5為N型;襯底1、溝道區(qū)3、歐姆接觸重?fù)诫s區(qū)4、陽(yáng)極13為P型；設(shè)置電場(chǎng)加強(qiáng)單元20覆蓋于漂移區(qū)2、緩沖區(qū)14的表面的部分或全部，也可延伸至陽(yáng)極13或溝道區(qū)3。
[0031]電場(chǎng)加強(qiáng)單元20通過(guò)絕緣介質(zhì)6與晶體管其他部分隔離，電場(chǎng)加強(qiáng)單元20包括高阻導(dǎo)電區(qū)7、加速柵極重?fù)诫s區(qū)15、接地?fù)诫s區(qū)16、加速柵極9、接地電極17。加速柵極重?fù)诫s區(qū)15位于在高阻導(dǎo)電區(qū)7靠近陽(yáng)極引出線10的部分，加速柵極9同加速柵極重?fù)诫s區(qū)15直接接觸，接地?fù)诫s區(qū)16位于高阻導(dǎo)電區(qū)7靠近柵極11的部分，接地電極17與接地?fù)诫s區(qū)16直接接觸，接地?fù)诫s區(qū)16和加速柵極重?fù)诫s區(qū)15分別與柵極11和陽(yáng)極引出線10隔離。加速柵極重?fù)诫s區(qū)15靠近陽(yáng)極的邊緣與陽(yáng)極13在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影相切或部分重疊，接地?fù)诫s區(qū)16在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影與溝道區(qū)3部分重疊或相切。絕緣介質(zhì)6的材質(zhì)可以使用傳統(tǒng)柵極介質(zhì)材料，也可以使用高介電常數(shù)材料，高阻導(dǎo)電區(qū)7的材質(zhì)可以使用輕摻雜單晶硅或多晶硅，其摻雜類型可為N型或P型，加速柵極重?fù)诫s區(qū)15使用N型或P型重?fù)诫s單晶或多晶硅，接地?fù)诫s區(qū)16為N型或P型的中高濃度摻雜。
[0032]更具體的實(shí)施方式如下:
[0033]如圖1，2，3，4所示，包括襯底1、漂移區(qū)2、埋氧18、陽(yáng)極13、溝道區(qū)3、歐姆接觸重?fù)诫s區(qū)4、陰極5、柵極11、柵極介質(zhì)8、陽(yáng)極引出線10、陰極引出線12、緩沖區(qū)14，漂移區(qū)2、緩沖區(qū)14、陰極5為N型;襯底1、溝道區(qū)3、歐姆接觸重?fù)诫s區(qū)4、陽(yáng)極13為P型;在漂移區(qū)2、緩沖區(qū)14表面設(shè)置有電場(chǎng)加強(qiáng)單元20也可延伸至陽(yáng)極13或溝道區(qū)3。電場(chǎng)加強(qiáng)單元20通過(guò)絕緣介質(zhì)6與晶體管其他部分隔離，電場(chǎng)加強(qiáng)單元20包括高阻導(dǎo)電區(qū)7、加速柵極重?fù)诫s區(qū)15、接地?fù)诫s區(qū)16、加速柵極9、接地電極17。加速柵極重?fù)诫s區(qū)15位于在高阻導(dǎo)電區(qū)7靠近陽(yáng)極引出線10的部分，加速柵極9同加速柵極重?fù)诫s區(qū)15直接接觸，接地?fù)诫s區(qū)16位于高阻導(dǎo)電區(qū)7靠近柵極11的部分，接地電極17與接地?fù)诫s區(qū)16直接接觸，接地?fù)诫s區(qū)16和加速柵極重?fù)诫s區(qū)15分別與柵極11和陽(yáng)極引出線10隔離。加速柵極重?fù)诫s區(qū)15靠近陽(yáng)極的邊緣與陽(yáng)極13在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影相切或部分重疊，接地?fù)诫s區(qū)16在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影與溝道區(qū)3重疊或相切。
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