專利名稱：絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極型晶體管(Insulated-GateBipolar Transistor, IGBT),是場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和雙極型晶體管(BJT)相結(jié)合的產(chǎn) 物。其主體部分與BJT相同，也有集電極和發(fā)射極，而控制極的結(jié)構(gòu)卻與MOSFET相同，是絕緣柵結(jié)構(gòu)，也稱為柵極。絕緣柵雙極型晶體管兼有MOS晶體管的高輸入阻抗和BJT的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點，因此成為大電流開關(guān)的主流之一。圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)中絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖1，所述絕緣柵雙極型晶體管包括p型摻雜的集電極層10，所述集電極層10下的集電極金屬電極11，所述集電極層10通過所述集電極金屬電極11與外部電路實現(xiàn)電性連接；位于所述集電極層10上的N型的緩沖層20、位于所述緩沖層20上的N型的漂移層30 ;位于所述漂移層30上的P型發(fā)射極層40和N型源極層50，所述發(fā)射極層40和源極層50通過發(fā)射極金屬電極41相連；位于所述漂移層30和源極層50上的柵極層60，所述柵極層60與漂移層30之間形成柵極氧化層70 ;位于所述柵極層60上的絕緣層80。其中，在集電極層10與緩沖層20之間形成第一 PN結(jié)91 ;在漂移層30和發(fā)射極層40之間形成第二 PN結(jié)92 ;在發(fā)射極層40和源極層50之間形成第三PN結(jié)93。更多關(guān)于絕緣柵雙極型晶體管的內(nèi)容可參考公開號為CN102394244A的中國專利申請。關(guān)態(tài)時的關(guān)斷速度和關(guān)斷損耗是衡量絕緣柵雙極型晶體管的重要參數(shù)；通常希望絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷速度越快越好，并且關(guān)斷時的損耗越小越好。但是，圖I所示的絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷速度較慢且損耗較大，這將影響絕緣柵雙極型晶體管的性能。因此，如何提高絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷速度并降低其關(guān)斷損耗就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法，從而既能提高絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷速度又能降低其關(guān)斷損耗。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種絕緣柵雙極型晶體管，包括緩沖層；位于緩沖層上的漂移層；位于漂移層上的發(fā)射極層和源極層，所述發(fā)射極層與源極層通過發(fā)射極金屬電極相連；位于漂移層和發(fā)射極層上的絕緣柵極層，所述絕緣柵極層與漂移層和發(fā)射極層通過柵極氧化層相互隔離；位于絕緣柵極層和源極層上的絕緣層，所述絕緣柵極層和發(fā)射極金屬電極通過絕緣層相互隔離；位于所述緩沖層內(nèi)的集電極層，所述集電極層包括至少一個摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)與緩沖層的摻雜類型相反；位于所述緩沖層下的集電極金屬電極，所述集電極金屬電極與所述緩沖層、所述集電極層的摻雜區(qū)均相互接觸。
可選地，所述集電極層包括兩個或兩個以上摻雜區(qū)且各個摻雜區(qū)的寬度相同；所述各個摻雜區(qū)的寬度與兩個摻雜區(qū)的間距之間的比值范圍為4 n 2。可選地，所述緩沖層為N型緩沖層，所述集電極層的摻雜區(qū)為P型摻雜區(qū)，所述漂移層為N型漂移層，所述發(fā)射極層為P型發(fā)射極層，所述源極層為N型源極層。可選地，所述緩沖層的摻雜離子為磷，摻雜濃度為5E16cm_3飛E17cm_3 ;所述集電極層的摻雜區(qū)的摻雜離子為硼，摻雜濃度為lE19cnT3飛E20cnT3?？蛇x地，所述集電極層包括兩個或兩個以上P型摻雜區(qū)，所述P型摻雜區(qū)的寬度范圍為大于或者等于I微米且小于或等于8微米，兩個摻雜區(qū)之間的間距范圍為大于或者等于I微米且小于或者等于4微米?？蛇x地，所述集電極金屬電極的金屬功函數(shù)的大小范圍為4. 9e疒5. 3eV。
相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，包括采用離子注入的方式在緩沖層內(nèi)形成至少一個摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)組成集電極層；在所述緩沖層上形成漂移層；在漂移層上形成相互連接的發(fā)射極層和源極層；在漂移層和發(fā)射極層上形成柵極氧化層，并在所述柵極氧化層上形成絕緣柵極層；在所述緩沖層下形成集電極金屬電極，所述集電極金屬電極與所述緩沖層、所述集電極層的摻雜區(qū)均相互接觸?？蛇x地，所述采用離子注入的方式在緩沖層內(nèi)形成至少一個摻雜區(qū)的步驟包括在緩沖層內(nèi)形成兩個或兩個以上的摻雜區(qū)，各個摻雜區(qū)的寬度相同，并且各摻雜區(qū)的寬度與兩個摻雜區(qū)之間的間距的比值在4 n 2?？蛇x地，所述采用離子注入的方式在緩沖層內(nèi)形成至少一個摻雜區(qū)的步驟包括采用離子注入的方式將硼離子注入到緩沖層內(nèi)，形成至少一個摻雜區(qū)，并且摻雜區(qū)內(nèi)硼離子的摻雜濃度為lE19cnT3 5E20cnT3?？蛇x地，在所述緩沖層上形成漂移層的步驟包括采用外延生長的方式在所述緩沖層上形成所述漂移層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案至少具有以下優(yōu)點絕緣柵雙極型晶體管的集電極層形成于緩沖層內(nèi)，并且由至少一個摻雜區(qū)構(gòu)成，所述摻雜區(qū)與緩沖層的摻雜類型相反。在這種結(jié)構(gòu)中，集電極摻雜區(qū)與集電極金屬電極之間為歐姆接觸，緩沖層與集電極金屬電極之間為肖特基接觸。正是由于這種肖特基接觸，使得本發(fā)明絕緣柵雙極型晶體管在關(guān)態(tài)時，漂移層中的殘存電子將會被強(qiáng)行且快速地導(dǎo)出，從而提高了其關(guān)斷的速度，并降低了關(guān)斷時的損耗。另一方面，正是由于這種肖特基接觸，使得本技術(shù)方案的絕緣柵雙極型晶體管在開態(tài)時，該肖特基二極管開啟，從而有一定的正向電流由集電極金屬電極注入緩沖層，從而補償了由于部分集電極缺失而造成的集電極電流損失，使得本發(fā)明絕緣柵雙極型晶體管的開態(tài)電流可以與現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管的開態(tài)電流相媲美。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明絕緣柵雙極型晶體管的一實施例的示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管中集電極層的摻雜濃度與開啟電壓、關(guān)斷損耗之間的關(guān)系不意圖；圖4是三種絕緣柵雙極型晶體管的開啟電壓的對比示意圖；圖5是三種絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷速度的對比示意圖；圖6是兩種絕緣柵雙極型晶體管的擊穿電壓的對比示意圖；
圖7是本發(fā)明絕緣柵雙極型晶體管的制造方法的一實施例的流程示意圖。
具體實施例方式正如背景技術(shù)中所述，關(guān)態(tài)時的關(guān)斷速度以及關(guān)斷損耗是衡量絕緣柵雙極型晶體管性能的兩個重要參數(shù)。而現(xiàn)有技術(shù)中的絕緣柵雙極型晶體管在關(guān)態(tài)時的關(guān)斷速度較慢，并且關(guān)斷損耗也較大，這將直接影響到絕緣柵雙極型晶體管的性能。發(fā)明人通過模擬發(fā)現(xiàn)，影響現(xiàn)有技術(shù)中絕緣柵雙極型晶體管在關(guān)態(tài)時的關(guān)斷速度和關(guān)斷損耗的主要因素在于現(xiàn)有技術(shù)中絕緣柵雙極型晶體管在關(guān)斷時有大量的電子殘存在漂移區(qū)內(nèi)無法導(dǎo)出。具體地如圖I所示，集電極層10與集電極金屬電極11之間形成歐姆接觸，集電極層10與緩沖層20之間形成第一個PN結(jié)91。圖I所示的絕緣柵雙極型晶體管在關(guān)態(tài)時，柵極層60上的電壓將變?yōu)?V，而此時漂移層30中仍然會存儲有部分殘留電子，由于漂移層30與集電極金屬電極11被集電極層10相隔離，所以這些殘留在漂移層30的電子不會被瞬間導(dǎo)出，從而導(dǎo)致絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷速度較慢，并且這些殘留電子的移動將產(chǎn)生一定的電流，從而導(dǎo)致關(guān)態(tài)時的關(guān)斷損耗較大。與現(xiàn)有技術(shù)中的集電極層不同，本發(fā)明技術(shù)方案中絕緣柵雙極型晶體管的集電極層形成于緩沖層內(nèi)，并且由至少一個摻雜區(qū)構(gòu)成，所述集電極層的摻雜區(qū)與緩沖層的摻雜類型相反。在這樣的結(jié)構(gòu)中，將緩沖層與集電極金屬電極之間設(shè)置為肖特基接觸(SchottkyContact，SC)。由于肖特基接觸的存在，一方面本技術(shù)方案的絕緣柵雙極型晶體管在關(guān)態(tài)時，漂移層中的電子將會被強(qiáng)行導(dǎo)出，從而提高了其關(guān)斷的速度并且降低了關(guān)斷時的損耗；另一方面本技術(shù)方案的絕緣柵雙極型晶體管在開態(tài)時，該肖特基二極管開啟，有一定的正向電流由集電極金屬電極注入到緩沖層，從而補償了由于部分集電極缺失而造成的集電極電流損失，使得本技術(shù)方案中絕緣柵雙極型晶體管的開態(tài)電流可以與現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管的開態(tài)電流相媲美。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施方式
的限制。圖2是本發(fā)明絕緣柵雙極型晶體管的一實施例的示意圖。參考圖2，所述絕緣柵雙極型晶體管包括緩沖層200 ;位于所述緩沖層200上的漂移層300 ;位于所述漂移層300上的發(fā)射極層400和源極層500，所述發(fā)射極層400和源極層500通過發(fā)射極金屬電極410實現(xiàn)電連接；位于漂移層300上的絕緣柵極層600，所述絕緣柵極層600與所述漂移層300之間形成有柵極氧化層700，所述柵極氧化層700將所述漂移層300和絕緣柵極層600相互隔離；位于絕緣柵極層600和源極層500上的絕緣層800，所述絕緣柵極層600通過所述絕緣層800與發(fā)射極金屬電極410相互隔離；位于所述緩沖層200內(nèi)的集電極層，所述集電極層包括至少一個摻雜區(qū)100，所述摻雜區(qū)100與所述緩沖層200的摻雜類型相反。更具體地，參考圖2，所述絕緣柵雙極型晶體管還包括位于所述緩沖層200下的集電極金屬電極110，所述集電極金屬電極110與所述緩沖層200、所述摻雜區(qū)100均相互接觸。具體地，所述集電極金屬電極110與摻雜區(qū)100之間為歐姆接觸；而所述集電極金屬電極110與緩沖層200之間的接觸為肖特基接觸。這主要由集電極金屬電極的功函數(shù)決定，在本發(fā)明中集電極的金屬功函數(shù)范圍為4.擴(kuò)5.2電子伏特(^)。具體地，在本實施例中，所
述集電極的金屬功函數(shù)為5. 2電子伏特。繼續(xù)參考圖2，在集電極層的摻雜區(qū)100與緩沖層200之間形成第一 PN結(jié)PNl ;在漂移層300和發(fā)射極層400之間形成第二 PN結(jié)PN2 ;在發(fā)射極層400和源極層500之間形成第三PN結(jié)PN3。在本實施例中，所述緩沖層200為N型摻雜的緩沖層；所述集電極層的摻雜區(qū)100為P型摻雜區(qū)；所述漂移層300為N型漂移層，所述發(fā)射極層400為P型發(fā)射極層，所述源極層500為N型源極層。所述緩沖層200中離子的摻雜濃度可以在5E16cnT3 5E17cnT3的范圍內(nèi)；所述摻雜區(qū)100中離子的摻雜濃度可以在lE19cm_3飛E20cm_3范圍內(nèi)。具體地，在本實施例中，所述緩沖層200中的摻雜離子為磷(P)，摻雜濃度為lE17cm_3 ;摻雜區(qū)100中的摻雜離子為硼(B)，摻雜濃度為lE20cnT3。繼續(xù)參考圖2，為了示意清楚，附圖2中所示的絕緣柵雙極型晶體管中集電極層包括兩個摻雜區(qū)100。但是，其不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，在其他實施例中，還可以根據(jù)實際需要設(shè)置其他數(shù)量的摻雜區(qū)，例如可以設(shè)置一個摻雜區(qū)、三個摻雜區(qū)或者三個以上摻雜區(qū)等等。各個摻雜區(qū)的寬度可以相同，也可以不同；并且相鄰兩個摻雜區(qū)之間的間距也可以相同或者不同。具體地，本實施例中，兩個摻雜區(qū)100的寬度相同。如圖2中所示，所述摻雜區(qū)100的寬度為W1，其可以為大于或等于I微米且小于或者等于8微米。兩個摻雜區(qū)100之間的間距為W2，所述間距W2可以為大于或等于I微米且小于或等于4微米。較佳地，Wl與W2之間的比值可以為I : I。當(dāng)然，本發(fā)明對此不做限制，在其他實施例中還可以對所述寬度和間距做其他合理的設(shè)置。所述摻雜區(qū)的寬度與任意兩個相鄰的摻雜區(qū)的間距之間的比值范圍可以為4 Tl 2。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，集電極層的摻雜濃度與絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷損耗成正比。也就是說，集電極層的摻雜濃度越低，絕緣柵雙極型晶體管在關(guān)斷時的損耗越小。通常地，可以采用降低集電極層的摻雜濃度的方式來降低絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷損耗。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管中集電極層的摻雜濃度與開啟電壓、關(guān)斷損耗之間的關(guān)系不意圖。圖3所不的關(guān)系不意圖中的開啟電壓是在電流為IOOmA/cm2的條件下對多個絕緣柵雙極型晶體管進(jìn)行測試得出的。參考圖3，隨著絕緣柵雙極型晶體管中集電極層的摻雜濃度由lE20cm_3降低至lE17cm_3時，絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷損耗從65毫焦/平方厘米降低至大約25毫焦/平方厘米。但是，降低集電極層的摻雜濃度又會導(dǎo)致絕緣柵雙極型晶體管的開啟電壓增大。繼續(xù)參考圖3，隨著絕緣柵雙極型晶體管中集電極層的摻雜濃度由lE20cm_3降低至lE17cm_3時，絕緣柵雙極型晶體管的開啟電壓從大約2. OV上升至大約2. 5V。從以上分析可以得出雖然降低集電極層的摻雜濃度會降低絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷損耗，但是在另一方面卻會增大其開啟電壓，這種結(jié)果并不被期待。而本發(fā)明技術(shù)方案中在緩沖層中通過離子注入的方式形成集電極層，并且使集電極金屬電極與緩沖層、集電極層均相互接觸。另外通過選擇合適功函數(shù)的金屬電極使得所述集電極金屬電極與緩沖層之間形成肖特基接觸。這樣，在關(guān)態(tài)時，所述集電極金屬電極可以通過所述肖特基接觸而將殘留在漂移層中的電子強(qiáng)制導(dǎo)出，從而就可以有效地降低絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷損耗。另一方面，發(fā)明人通過模擬發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明技術(shù)方案中，這種肖特基接觸在開態(tài) 時正向開啟，有一定的正向電流由集電極金屬電極注入至緩沖層，從而補償了由于部分集電極缺失而造成的集電極電流損失，進(jìn)而不會使得絕緣柵雙極型晶體管的開啟電壓過分增大。具體地，發(fā)明人對圖2所示實施例中的絕緣柵雙極型晶體管進(jìn)行測試。通過測試發(fā)現(xiàn)，圖2所示實施例中的絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷損耗大約為20毫焦/平方厘米，而其開啟電壓大約為2. 3V。具體地，參考圖3中所示的A點。繼續(xù)參考圖3，與摻雜濃度為lE20cm_3的絕緣柵極雙極型晶體管相比，圖2所示實
施例中的絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷損耗降低了大約^7^x100% )。
69.2% 65圖4示出了三種絕緣柵雙極型晶體管的開啟電壓的對比示意圖。圖4中，曲線C、曲線D和曲線E是分別對三種不同的絕緣柵雙極型晶體管進(jìn)行測試得出的。具體地，曲線C對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)如圖I所示，且其集電極層的摻雜濃度為lE20cm_3。曲線E對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)如圖I所示，且其集電極層的摻雜濃度為lE17Cm_3。曲線D對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)如圖2所示，且其集電極層的摻雜濃度為lE20cm_3。通過圖4可以得出，當(dāng)漂移層的電流相同時，這三種不同的絕緣柵雙極型晶體管對應(yīng)的開啟電壓并不相同。具體地，當(dāng)漂移層的電流為I. OX 10_4A時，曲線C對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的開啟電壓為2. OV ;曲線D對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的開啟電壓為2. 3V ；曲線E對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的開啟電壓為2. 5V。因此，與曲線C對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管相比，曲線D對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的開啟電壓僅增大了 15% ( 2j^0XlOcm )左右，與曲線E對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體
V/
管相比，曲線D對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的開啟電壓下降了8.7% ( 2-5~32-3xl00% )左右。通過圖3和圖4的實驗結(jié)果可以得出，與現(xiàn)有技術(shù)中通過降低集電極層的摻雜濃度來降低關(guān)斷損耗的方式相比，本發(fā)明技術(shù)方案中絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷損耗更小，且也不會導(dǎo)致開啟電壓的過分增大，從而可以提供絕緣柵雙極型晶體管的性能。圖5是三種絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷速度的對比示意圖。圖5中，曲線F對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)如圖I所示，且其集電極層的摻雜濃度為lE20cm_3。曲線H對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)如圖I所示，且其集電極層的摻雜濃度為lE17cm_3。曲線G對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)如圖2所示，且其集電極層的摻雜濃度為lE20cm_3。繼續(xù)參考圖5，在Tl階段，上述三種絕緣柵雙極型晶體管的柵極均被施加IOV左右的電壓以開啟各絕緣柵雙極型晶體管；在12階段，各絕緣柵雙極型晶體管的柵極電壓變?yōu)?V，也就是說，在T2階段，各絕緣柵雙極型晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)。由圖5可以看出，在關(guān)態(tài)時，曲線G對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管(如圖2所示的集電極層的摻雜濃度為lE20cm_3的絕緣柵雙極型晶體管)的關(guān)斷時間大約為3. 5X10_7s，而曲線F對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷時間大約為4. 5X 10_7s，對比曲線G和曲線F可以得出，采用圖2所示的集電極層的摻雜濃度為lE20cnT3的絕緣柵雙極型晶體管可以使得關(guān)斷速度提聞0. I微秒左右。再結(jié)合圖3、圖4和圖5，圖2所示的絕緣柵雙極型晶體管(集電極層的摻雜濃度為lE20cm_3)比圖I所示的現(xiàn)有技術(shù)中絕緣柵雙極型晶體管(集電極層的摻雜濃度為lE20cm_3)的關(guān)斷速度得到了大幅提聞(提聞了 0. I微秒左右),關(guān)斷損耗大大降低(降低了 69. 2%左右)，但是開啟電壓卻沒有大幅增大(僅僅提高了 15%)。需要說明的是,擊穿電壓(Breakdown Voltage,BV)是絕緣柵雙極型晶體管的另一個重要參數(shù)。所述擊穿電壓指的是在襯底底端加正電壓由OV至高進(jìn)行掃描，當(dāng)電流倍增(通常電流達(dá)到lE_5A/cm2)時的電壓值即稱為該器件的擊穿電壓。具體地，參考圖1，當(dāng)在襯底上施加正電壓時，集電極層10與緩沖層20之間的第
一PN結(jié)91正向?qū)ǎ茖?0與發(fā)射極層40之間的第二 PN結(jié)92反向耗盡，當(dāng)所述第
二PN結(jié)92被反向擊穿時的電壓即為絕緣柵雙極型晶體管的擊穿電壓。同樣地，在圖2所示的結(jié)構(gòu)下，絕緣柵雙極型晶體管的擊穿電壓指的是漂移層300和發(fā)射極層400之間的第
二PN結(jié)PN2被反向擊穿時的電壓。發(fā)明人通過模擬反復(fù)驗證發(fā)現(xiàn)，在關(guān)態(tài)時，本發(fā)明技術(shù)方案的絕緣柵雙極型晶體管的擊穿電壓并不會退化。圖6示出了兩種絕緣柵雙極型晶體管的擊穿電壓的對比示意圖。參考圖6，曲線J對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)如圖I所示，且其集電極層的摻雜濃度為lE20cm_3。曲線K對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)如圖2所示，且其集電極層的摻雜濃度也為lE20cm_3。具體地，曲線J對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的擊穿電壓大約為605. 8V ;而曲線K對應(yīng)的絕緣柵雙極型晶體管的擊穿電壓則大約為618. 5V。也就是說，采用圖2所示的絕緣柵雙極型晶體管不會導(dǎo)致其擊穿電壓的退化。綜上，本發(fā)明技術(shù)方案的絕緣柵雙極型晶體管中由于集電極金屬電極與緩沖層之間的肖特基接觸，使得在關(guān)態(tài)時，漂移層中的殘留電子會被快速地強(qiáng)制導(dǎo)出，從而在一方面可以有效地提高其關(guān)斷速度，另一方面又會因為殘留電子的快速導(dǎo)出而降低其關(guān)斷損耗。、
并且，本發(fā)明技術(shù)方案的絕緣柵雙極型晶體管還不會導(dǎo)致其開啟電壓的過分增大或其擊穿電壓的退化，因此，不會由于其開啟電壓的增大或者其擊穿電壓的降低而影響其性能。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種絕緣柵雙極型晶體管的制造方法。參考圖7，所述方法可以包括步驟SI :采用離子注入的方式在緩沖層內(nèi)形成至少一個摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)組成集電極層；具體地，在該步驟中可以采用離子注入的方式將硼離子注入到緩沖層內(nèi)以形成至少一個摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)內(nèi)硼離子的摻雜濃度為lE19cm_3飛E20cm_3。較佳地，所述摻雜區(qū)內(nèi)硼離子的摻雜濃度可以為lE20cm_3。當(dāng)然，上述關(guān)于所述摻雜區(qū)內(nèi)硼離子的摻雜濃度僅為舉例說明，還可以根據(jù)實際需要進(jìn)行其他濃度的離子注入，其不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。較佳地，可以在緩沖層內(nèi)形成兩個或兩個以上的摻雜區(qū)，各個摻雜區(qū)的寬度相同，并且各摻雜區(qū)的寬度與兩個摻雜區(qū)之間的間距的比值在4 n2的范圍內(nèi)。步驟S2 :在所述緩沖層上形成漂移層；具體地，該步驟可以包括采用外延生長的方式在所述緩沖層上形成所述漂移層。當(dāng)然，在其他實施例中，還可以采用其他方式，例如浮區(qū)生長(Float Zoning, FZ)晶片的方式來形成所述漂移層，本發(fā)明對此不做限制。步驟S3 :在漂移層上利用光刻板作為掩膜進(jìn)行離子注入形成發(fā)射極層；步驟S4 :在漂移層和發(fā)射層上熱氧化生長柵極氧化層；步驟S5 :在柵極氧化層上淀積生長多晶硅柵極；步驟S6 :利用光刻板作為掩膜形成柵極圖形并離子注入磷離子形成源極；步驟S7 :在發(fā)射極和源極處開窗形成接觸區(qū)域，并淀積金屬將發(fā)射極與源極相連接；步驟S8 :在所述緩沖層下形成集電極金屬電極，所述集電極金屬電極與所述緩沖層、所述摻雜區(qū)均相互接觸。其中，步驟S3至步驟S8可以采用現(xiàn)有技術(shù)中絕緣柵雙極型晶體管的形成方法，故在此不再贅述。至此，形成了如圖2所示的絕緣柵雙極型晶體管。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，包括緩沖層；位于緩沖層上的漂移層；位于漂移層上的發(fā)射極層和源極層，所述發(fā)射極層與源極層通過發(fā)射極金屬電極相連；位于漂移層和發(fā)射極層上的絕緣柵極層，所述絕緣柵極層與漂移層和發(fā)射極層通過柵極氧化層相互隔離；位于絕緣柵極層和源極層上的絕緣層，所述絕緣柵極層和發(fā)射極金屬電極通過絕緣層相互隔離；位于所述緩沖層內(nèi)的集電極層，所述集電極層包括至少ー個摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)與緩沖層的摻雜類型相反；位于所述緩沖層下的集電極金屬電極，所述集電極金屬電極與所述緩沖層、所述集電極層的摻雜區(qū)均相互接觸。
2.如權(quán)利要求I所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述集電極層包括兩個或兩個以上摻雜區(qū)且各個摻雜區(qū)的寬度相同；所述各個摻雜區(qū)的寬度與兩個摻雜區(qū)的間距之間的比值范圍為4 Γ1 2。
3.如權(quán)利要求I所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述緩沖層為N型緩沖層，所述集電極層的摻雜區(qū)為P型摻雜區(qū)，所述漂移層為N型漂移層，所述發(fā)射極層為P型發(fā)射極層，所述源極層為N型源極層。
4.如權(quán)利要求3所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述緩沖層的摻雜離子為磷，摻雜濃度為5E16cm_3飛E17cm_3 ;所述集電極層的摻雜區(qū)的摻雜離子為硼，摻雜濃度為lE19cm3 5E20cm 3。
5.如權(quán)利要求4所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述集電極層包括兩個或兩個以上P型摻雜區(qū)，所述P型摻雜區(qū)的寬度范圍為大于或者等于I微米且小于或等于8微米，兩個摻雜區(qū)之間的間距范圍為大于或者等于I微米且小于或者等于4微米。
6.如權(quán)利要求I所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述集電極金屬電極的金屬功函數(shù)的大小范圍為4. 9e疒5. 3eV。
7.—種絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，包括 采用離子注入的方式在緩沖層內(nèi)形成至少ー個摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)組成集電極層； 在所述緩沖層上形成漂移層； 在漂移層上形成相互連接的發(fā)射極層和源極層； 在漂移層和發(fā)射極層上形成柵極氧化層，并在所述柵極氧化層上形成絕緣柵極層； 在所述緩沖層下形成集電極金屬電極，所述集電極金屬電極與所述緩沖層、所述集電極層的摻雜區(qū)均相互接觸。
8.如權(quán)利要求7所述的絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述采用離子注入的方式在緩沖層內(nèi)形成至少ー個摻雜區(qū)的步驟包括在緩沖層內(nèi)形成兩個或兩個以上的摻雜區(qū)，各個摻雜區(qū)的寬度相同，并且各摻雜區(qū)的寬度與兩個摻雜區(qū)之間的間距的比值在4 : I I : 2。
9.如權(quán)利要求7所述的絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述采用離子注入的方式在緩沖層內(nèi)形成至少ー個摻雜區(qū)的步驟包括采用離子注入的方式將硼離子注入到緩沖層內(nèi)，形成至少ー個摻雜區(qū)，并且摻雜區(qū)內(nèi)硼離子的摻雜濃度為lE19cm3 5E20cm 3。
10.如權(quán)利要求7所述的絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，在所述緩沖層上形成漂移層的步驟包括采用外延生長的方式在所述緩沖層上形成所述漂移層。
全文摘要
一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。所述絕緣柵雙極型晶體管包括緩沖層；位于緩沖層上的漂移層；位于漂移層上的發(fā)射極層和源極層，所述發(fā)射極層與源極層通過發(fā)射極金屬電極相連；位于漂移層和發(fā)射極層上的絕緣柵極層，所述絕緣柵極層與漂移層和發(fā)射極層通過柵極氧化層相互隔離；位于絕緣柵極層和源極層上的絕緣層，所述絕緣柵極層和發(fā)射極金屬電極通過絕緣層相互隔離；位于緩沖層內(nèi)的集電極層，所述集電極層包括至少一個摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)與緩沖層的摻雜類型相反；位于緩沖層下的集電極金屬電極，所述集電極金屬電極與所述緩沖層、所述集電極層的摻雜區(qū)均相互接觸。本發(fā)明可以提高絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷速度并降低其關(guān)斷損耗。
文檔編號H01L29/47GK102683404SQ201210163198
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者唐樹澍, 茍鴻雁 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司