一種新型絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體元器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型絕緣柵雙極型晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]近來，用于機(jī)器人、空調(diào)、機(jī)床等的逆變器(inverter)或以辦公室專用不間斷電源為代表的工業(yè)用電子設(shè)備、日常生活中使用的小型電源轉(zhuǎn)換器的需求正在急劇增加。而電源轉(zhuǎn)換器隨著應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，設(shè)備的小型輕量化、高效化、低噪音化越來越被重視。然而，僅靠雙極型三極管(Bipolar Junct1n Transistor:BJT)或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOS Field Effect Transistor:M0SFET，M0S場(chǎng)效應(yīng)管)等現(xiàn)有的電力半導(dǎo)體器件難以滿足上述要求。因此，作為兼具大功率M0SFET快速開關(guān)特性和BJT大功率特性的全新半導(dǎo)體器件，近來，絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor:1GBT)的開發(fā)備受矚目。
[0003]上述的IGBT正向壓降小，輸入阻抗大，因此是一個(gè)非常適合用于智能(smart)電源1C的器件；另外，IGBT從結(jié)構(gòu)上存在由P+陽極(Anode) (Α)、η型外延層(或漂移層)、ρ基區(qū)及η+陰極(Κ)構(gòu)成的寄生晶閘管。當(dāng)上述的IGBT正常工作時(shí)，寄生晶閘管不工作，但當(dāng)電流達(dá)到一定值以上時(shí)，寄生晶閘管就會(huì)導(dǎo)通，這就是閂鎖特性。發(fā)生上述的閂鎖效應(yīng)時(shí)，IGBT會(huì)使M0S柵極喪失控制能力，同時(shí)，上述的閂鎖效應(yīng)會(huì)限制IGBT的電流控制能力，并決定安全工作區(qū)；
[0004]而為使空穴電流流向器件表面，現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT如圖1所示，提出了在抑制空穴注入的η+緩沖層追加?xùn)艠O的結(jié)構(gòu):
[0005]在導(dǎo)通狀態(tài)下經(jīng)過溝道流入漂移區(qū)的電子被用于由ρ+陽極(Α)、η型外延層(10)、Ρ+陰極(Κ)構(gòu)成的ρηρ晶體管之基極電流；屆時(shí)，溝道末端會(huì)因電子濃度的升高而使阻抗減少，因此從Ρ+陽極(Α)注入的空穴大部分流入溝道，經(jīng)過ρ-基區(qū)流入陰極(Κ)。因此，導(dǎo)通狀態(tài)下的壓降等于Ρ+陽極(Α)、η+型緩沖層(20)的導(dǎo)通電壓以及外延區(qū)的壓降、ρ-基區(qū)的壓降之和。而若經(jīng)過陰極(Κ)下方ρ-基區(qū)時(shí)由被遺棄的空穴引起的壓降為0.7V以上，由陰極(Κ)、ρ-基區(qū)、外延區(qū)構(gòu)成的寄生ηρη晶體管就會(huì)導(dǎo)通，電子就不經(jīng)過溝道而直接經(jīng)過Ρ-基區(qū)并注入漂移區(qū)。如同上述過程，IGBT的寄生晶閘管會(huì)導(dǎo)通，這就是閂鎖(latch-up)。而現(xiàn)有的IGBT存在閾值電壓控制較難、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。此外，現(xiàn)有的IGBT盡管有導(dǎo)通電阻低、輸入阻抗高以及驅(qū)動(dòng)電路單純等優(yōu)點(diǎn)，但也有開關(guān)速度相對(duì)較慢等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實(shí)用新型公開了一種新型絕緣柵雙極型晶體管，旨在提供一種高抗閂鎖性能，且能夠快速完成開關(guān)的絕緣柵雙極型晶體管。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]—種新型絕緣柵雙極型晶體管，包括ρ型半導(dǎo)體襯底、形成于所述ρ型襯底上的埋氧層、形成于所述埋氧層上的η型外延層，所述η型外延層的一側(cè)設(shè)有ρ型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的Ρ-/Ρ+基區(qū)；所述η型外延層的另一側(cè)設(shè)有ρ型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的Ρ+環(huán)；所述Ρ-/Ρ+基區(qū)設(shè)有η型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的η+區(qū)；所述ρ-/ρ+基區(qū)上形成第一柵極和陰極，所述Ρ+環(huán)上形成陽極，所述陰極和陽極之間形成第二柵極。
[0009]作為優(yōu)選，還包括設(shè)于所述陰極和陽極之間的第三柵極。
[0010]作為優(yōu)選，還包括設(shè)于所述陰極和陽極之間的第四柵極、第五柵極、第六柵極、第七柵極。
[0011]本實(shí)用新型的絕緣柵雙極型晶體管為了抑制閂鎖效應(yīng)，設(shè)置了 ρ+環(huán)和ρ溝道柵，從而減少了經(jīng)過Ρ-基區(qū)的空穴電流量，同時(shí)把所有空穴電流的方向轉(zhuǎn)向了器件的表面，此夕卜，這還大大改善了反溝道結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)之一，即較小的電流密度特性；不僅如此，由于設(shè)置了 ρ+環(huán)和ρ型溝道柵，就不需要遏制空穴注入的η-緩沖層，因此可減少相當(dāng)于η-緩沖層的光掩膜一張，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)；就關(guān)斷開關(guān)特性而言，與具有限制開關(guān)速度的尾電流特性的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不同，殘存在Ρ基區(qū)的少數(shù)載流子即空穴經(jīng)過所形成的Ρ溝道流向陰極，而不是復(fù)合，因此不出現(xiàn)尾電流特性，從而提供了一種高抗閂鎖性能，且能夠快速完成開關(guān)的絕緣柵雙極型晶體管。
【附圖說明】
[0012]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中IGBT結(jié)構(gòu)示意圖的剖面圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型在一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖的剖面圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型在另一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖的剖面圖；
[0015]圖4是本實(shí)用新型在又一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)闡述。
[0017]如圖2所示，本實(shí)用新型公開的新型絕緣柵雙極型晶體管包括ρ型半導(dǎo)體襯底50、形成于所述Ρ型襯底50上的埋氧層60、形成于所述埋氧層60上的η型外延層70，所述η型外延層70的一側(cè)設(shè)有ρ型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的ρ-/ρ+基區(qū)80 ;所述η型外延層70的另一側(cè)設(shè)有ρ型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的ρ+環(huán)90 ;所述ρ_/ρ+基區(qū)80設(shè)有η型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的η+區(qū)100 ;所述ρ-/ρ+基區(qū)80上形成第一柵極G1和陰極Κ，所述ρ+環(huán)90上形成陽極Α，所述陰極Κ和陽極Α之間形成第二柵極G2;
[0018]如圖3所示，在一優(yōu)選實(shí)施例中，還包括設(shè)于所述陰極K和陽極A之間的第三柵極G3;
[0019]如圖4所示，在另一優(yōu)選實(shí)施例中，還包括設(shè)于所述陰極K和陽極A之間的第四柵極G4、第五柵極G5、第六柵極G6、第七柵極G7。
[0020]本實(shí)用新型公開的上述新型絕緣柵雙極型晶體管為了抑制閂鎖效應(yīng)，設(shè)置了 p+環(huán)90和ρ溝道柵G2?G7，從而減少了經(jīng)過ρ-基區(qū)的空穴電流量，同時(shí)把所有空穴電流的方向轉(zhuǎn)向了器件的表面；
[0021]此外，這還大大改善了反溝道結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)之一，即較小的電流密度特性，不僅如此，由于設(shè)置了 P+環(huán)90和ρ型溝道柵G2?G7，就不需要遏制空穴注入的η-緩沖層，因此可減少相當(dāng)于η-緩沖層的光掩膜一張，進(jìn)而簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)；
[0022]就關(guān)斷開關(guān)特性而言，與具有限制開關(guān)速度的尾電流特性的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不同，在本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)上，殘存在Ρ基區(qū)的少數(shù)載流子即空穴經(jīng)過所形成的Ρ溝道流向陰極Κ，而不是復(fù)合，因此不出現(xiàn)尾電流特性，詳細(xì)說明如下:
[0023]首先，若對(duì)p-MOS柵外加負(fù)電壓，表面會(huì)形成ρ溝道，導(dǎo)通時(shí)在ρ+陽極Α注入的空穴大部分會(huì)沿著器件表面抵達(dá)陰極K ;
[0024]因此，經(jīng)過引起閂鎖效應(yīng)的p-/p+基區(qū)80的空穴量會(huì)減少，這不僅能改善其特性，而且因η型緩沖層的消失使得結(jié)構(gòu)變得更加簡(jiǎn)單；
[0025]此外，關(guān)斷時(shí)殘存在外延層表面的少數(shù)載流子在與殘存在η基層的電子復(fù)合之前，會(huì)經(jīng)過Ρ-基區(qū)流向陰極Κ，因此可獲得在IGBT的關(guān)斷特性中所謂的最大缺點(diǎn)，即不存在尾電流的良好關(guān)斷特性；從而提供了一種高抗閂鎖性能，且能夠快速完成開關(guān)的絕緣柵雙極型晶體管。
[0026]以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:包括p型半導(dǎo)體襯底、形成于所述p型襯底上的埋氧層、形成于所述埋氧層上的η型外延層，所述η型外延層的一側(cè)設(shè)有ρ型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的Ρ-/Ρ+基區(qū)；所述η型外延層的另一側(cè)設(shè)有ρ型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的Ρ+環(huán)；所述Ρ-/Ρ+基區(qū)設(shè)有η型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的η+區(qū)；所述Ρ-/Ρ+基區(qū)上形成第一柵極和陰極，所述Ρ+環(huán)上形成陽極，所述陰極和陽極之間形成第二柵極。2.如權(quán)利要求1所述的新型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:還包括設(shè)于所述陰極和陽極之間的第三柵極。3.如權(quán)利要求1所述的新型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:還包括設(shè)于所述陰極和陽極之間的第四柵極、第五柵極、第六柵極、第七柵極。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種新型絕緣柵雙極型晶體管，包括p型半導(dǎo)體襯底、形成于所述p型襯底上的埋氧層、形成于所述埋氧層上的n型外延層，所述n型外延層的一側(cè)設(shè)有p型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的p-/p+基區(qū)；所述n型外延層的另一側(cè)設(shè)有p型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的p+環(huán)；所述p-/p+基區(qū)設(shè)有n型雜質(zhì)離子形成的具有預(yù)定深度的n+區(qū)；所述p-/p+基區(qū)上形成第一柵極和陰極，所述p+環(huán)上形成陽極，所述陰極和陽極之間形成第二柵極。本實(shí)用新型旨在提供一種高抗閂鎖性能，且能夠快速完成開關(guān)的絕緣柵雙極型晶體管。
【IPC分類】H01L29/06, H01L29/739
【公開號(hào)】CN205159333
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520773871
【發(fā)明人】趙喜高
【申請(qǐng)人】深圳市可易亞半導(dǎo)體科技有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月8日