一種橫向igbt的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種橫向IGBT。本發(fā)明的橫向IGBT器件，其技術(shù)方案是：SOI層上層兩端分別具有P型阱區(qū)和N型阱區(qū)；N型阱區(qū)表面遠(yuǎn)離P型阱區(qū)的一端具有P型陽(yáng)極區(qū)，P型阱區(qū)表面遠(yuǎn)離N型阱區(qū)的一端具有相互獨(dú)立的P型體接觸區(qū)和N型陰極區(qū)，N型陰極區(qū)位于靠近N型阱區(qū)的一側(cè)；由P型體接觸區(qū)和N型陰極區(qū)引出陰極電極；其特征在于，在靠近器件陰極一側(cè)引入隔離槽，隔離槽沿器件縱向方向有開口，且隔離槽由位于槽內(nèi)壁的介質(zhì)層和由介質(zhì)層包圍的導(dǎo)電材料構(gòu)成，其側(cè)壁與P型阱區(qū)中的N型陰極區(qū)接觸形成槽柵結(jié)構(gòu)，所述P型體接觸區(qū)和N型陰極區(qū)沿器件縱向方向均分為兩段，兩段之間有間距，并沿器件的橫向中線呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
【專利說明】
一種橫向IGBT
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種橫向IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型功率器件，它運(yùn)用一個(gè)MOSFET結(jié)構(gòu)的柵驅(qū)動(dòng)電流向一個(gè)雙極結(jié)型晶體管提供基極電流，使其兼具BJT的大電流能力和MOS管的壓控型驅(qū)動(dòng)電路。IGBT極大的電流能力使其在中高壓領(lǐng)域備受青睞，因此其自誕生以來(lái)就被廣泛用于電機(jī)控制、智能電網(wǎng)以及交通運(yùn)輸?shù)缺姸囝I(lǐng)域。
[0003]IGBT的大電流能力源于其漂移區(qū)的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通過提高漂移區(qū)中過剩載流子濃度可以有效降低IGBT的導(dǎo)通壓降、增大導(dǎo)通電流。提高漂移區(qū)中過剩載流子濃度的常用方式有兩種:一為增大陽(yáng)極PN結(jié)的注入效率，即提高陽(yáng)極區(qū)P型雜質(zhì)的摻雜劑量或降低N型緩沖層的摻雜濃度，該方式可以使得IGBT正向?qū)〞r(shí)在漂移區(qū)遠(yuǎn)離陰極端的一側(cè)有著極高的載流子濃度，然而這些載流子因遠(yuǎn)離P型體區(qū)和N型漂移區(qū)形成的耐壓PN結(jié)，所以在IGBT關(guān)斷時(shí)無(wú)法被耗盡區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)快速掃出漂移區(qū)，造成關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)、關(guān)斷損耗大等不良影響。二為采用電子注入增強(qiáng)型IGBT(IEGT)。
[0004]本發(fā)明通過增強(qiáng)電子注入極大地降低了橫向IGBT的導(dǎo)通壓降，同時(shí)很好地改善了關(guān)斷損耗與導(dǎo)通壓降的折衷關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述問題，提出一種極大降低了導(dǎo)通壓降的橫向IGBT0
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種橫向IGBT，包括從下至上依次層疊設(shè)置的襯底1、介質(zhì)層2和SOI層3;所述SOI層上層兩端分別具有P型阱區(qū)6和N型阱區(qū)4;所述N型阱區(qū)4表面遠(yuǎn)離P型阱區(qū)6的一端具有P型陽(yáng)極區(qū)5，由P型陽(yáng)極區(qū)5引出陽(yáng)極電極;所述P型阱區(qū)6表面具有相互獨(dú)立的P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12，所述N型陰極區(qū)12位于靠近N型阱區(qū)4的一側(cè)；由P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12引出陰極電極;其特征在于，所述SOI層3中具有隔離槽9，所述隔離槽9與N型陰極區(qū)12接觸，隔離槽9深度大于P型阱區(qū)6的結(jié)深;隔離槽9沿器件縱向方向分為兩段，兩段隔離槽之間的間距為N。隔離槽9由位于槽內(nèi)壁的介質(zhì)層和由介質(zhì)層包圍的導(dǎo)電材料構(gòu)成；由隔離槽9中的導(dǎo)電材料引出柵電極，形成槽柵結(jié)構(gòu)。所述P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12均沿器件縱向方向分為兩段，兩段之間有間距，并沿器件的橫向中線呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩段P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12間距均為G，且滿足G>N。
[0007]進(jìn)一步的，沿器件縱向方向，所述P型阱區(qū)6分為兩段，且兩段P型阱區(qū)之間的間距為M;沿器件橫向方向，兩段P型阱區(qū)之間形成的開口與兩段隔離槽之間形成的開口相對(duì)應(yīng)，并且滿足G>M>N。
[0008]進(jìn)一步的，兩段P型阱區(qū)除去P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12以外的表面形成平面柵結(jié)構(gòu)并引出柵電極，平面柵與P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12均接觸。
[0009]進(jìn)一步的，所述N型陰極區(qū)12在器件的俯視圖上呈“L”字形的鏡像，P型體接觸區(qū)11位于“L”字形的開口處。所述兩段P型阱區(qū)除去P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12以外的表面形成平面柵結(jié)構(gòu)并引出柵電極，平面柵與N型陰極區(qū)12接觸，不與P型體接觸區(qū)11接觸
[0010]本發(fā)明的有益效果為，能極大的降低IGBT器件的導(dǎo)通壓降。
【附圖說明】
[0011]圖1是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4是實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5是實(shí)施例4的俯視結(jié)構(gòu)不意圖；
[0016]圖6是實(shí)施例5的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0018]實(shí)施例1，如圖1所示，本例包括從下至上依次層疊設(shè)置的襯底1、介質(zhì)層2和SOI層3;所述SOI層上層兩端分別具有P型阱區(qū)6和N型阱區(qū)4;所述N型阱區(qū)4表面遠(yuǎn)離P型阱區(qū)6的一端具有P型陽(yáng)極區(qū)5，由P型陽(yáng)極區(qū)5引出陽(yáng)極電極;所述P型阱區(qū)6表面具有相互獨(dú)立的P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12，所述N型陰極區(qū)12位于靠近N型阱區(qū)4的一側(cè)；由P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12引出陰極電極;其特征在于，所述SOI層3中具有隔離槽9，所述隔離槽9與N型陰極區(qū)12接觸，隔離槽9深度大于P型阱區(qū)6的結(jié)深;隔離槽9沿器件縱向方向分為兩段，兩段隔離槽之間的間距為N。隔離槽9由位于槽內(nèi)壁的介質(zhì)層和由介質(zhì)層包圍的導(dǎo)電材料構(gòu)成；由隔離槽9中的導(dǎo)電材料引出柵電極，形成槽柵結(jié)構(gòu)。所述P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12均沿器件縱向方向分為兩段，兩段之間有間距，并沿器件的橫向中線呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩段P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12間距均為G，且滿足G > N。
[0019]本例的工作原理為:
[0020]在橫向IGBT陰極端的P型阱區(qū)6與漂移區(qū)之間制造隔離槽用以在IGBT導(dǎo)通時(shí)阻擋漂移區(qū)中的空穴被陰極抽取。IGBT在導(dǎo)通時(shí)，陽(yáng)極注入的空穴與溝道注入的電子在漂移區(qū)發(fā)生電導(dǎo)調(diào)制，大大降低了導(dǎo)通壓降，本例中位于陰極一側(cè)的隔離槽僅留有小尺寸開口，從陽(yáng)極端注入的空穴因?yàn)樵摳綦x槽的存在而大量貯存于靠近陰極端的漂移區(qū)，為維持漂移區(qū)的電中性，從溝道注入漂移區(qū)的電子也相應(yīng)增多，所以IGBT漂移區(qū)的載流子濃度得以大幅提升，導(dǎo)通壓降改善明顯。
[0021]實(shí)施例2
[0022]如圖2所示，本例在實(shí)施例1基礎(chǔ)之上，將P型阱區(qū)6沿器件縱向方向分為兩段，且兩段P型阱區(qū)之間的間距為M;沿器件橫向方向，兩段P型阱區(qū)之間形成的開口與兩段隔離槽之間形成的開口相對(duì)應(yīng)，并且滿足G>M>N。
[0023]實(shí)施例3
[0024]如圖3所示，本例在實(shí)施例2基礎(chǔ)之上，在兩段P型阱區(qū)除去P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12以外的表面形成平面柵結(jié)構(gòu)并引出柵電極，平面柵與P型體接觸區(qū)11和N型陰極區(qū)12均接觸。
[0025]本例的工作原理為:
[0026]隔離槽(槽柵)在本實(shí)施例中的作用仍在于阻擋空穴被陰極抽取，進(jìn)而提高了器件導(dǎo)通狀態(tài)漂移區(qū)載流子的濃度。與實(shí)施例1和實(shí)施例2相比，該實(shí)施例中新增的平面柵進(jìn)一步增加了電子的注入，漂移區(qū)載流子濃度大幅升高，導(dǎo)通壓降在實(shí)施例1和實(shí)施例2的基礎(chǔ)上又有大幅度的降低。
[0027]實(shí)施例4
[0028]如圖4所示，本例與實(shí)施例3相比，N型陰極區(qū)12在器件的俯視圖上呈“L”字形的鏡像，P型體接觸區(qū)11位于“L”字形的開口處，平面柵與N型陰極區(qū)12接觸，不與P型體接觸區(qū)11接觸。圖5為本實(shí)施例的俯視圖。
[0029]本例的工作原理為:
[0030]本實(shí)施例與實(shí)施例4相比通過改變N型陰極區(qū)12的幾何形狀拓寬了平面柵的溝道寬度，溝道電流增大，電子注入效率提高，因此該實(shí)施例的導(dǎo)通壓降相比實(shí)施例3進(jìn)一步降低。
[0031]實(shí)施例5
[0032]如圖6所示，本例與實(shí)施例4相比，隔離槽(槽柵)底部與介質(zhì)層2接觸。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種橫向IGBT，包括從下至上依次層疊設(shè)置的襯底(I)、介質(zhì)層(2)和SOI層(3);所述SOI層上層兩端分別具有P型阱區(qū)(6)和N型阱區(qū)(4);所述N型阱區(qū)(4)表面遠(yuǎn)離P型阱區(qū)(6)的一端具有P型陽(yáng)極區(qū)(5)，由P型陽(yáng)極區(qū)(5)引出陽(yáng)極電極;所述P型阱區(qū)(6)表面具有相互獨(dú)立的P型體接觸區(qū)(11)和N型陰極區(qū)(12)，所述N型陰極區(qū)(12)位于靠近N型阱區(qū)(4)的一偵L由P型體接觸區(qū)(11)和N型陰極區(qū)(12)引出陰極電極;其特征在于，所述SOI層(3)中具有隔離槽(9)，所述隔離槽(9)與N型陰極區(qū)(12)接觸，隔離槽(9)深度大于P型阱區(qū)(6)的結(jié)深；隔離槽(9)沿器件縱向方向分為兩段，兩段隔離槽之間的間距為N。隔離槽(9)由位于槽內(nèi)壁的介質(zhì)層和由介質(zhì)層包圍的導(dǎo)電材料構(gòu)成；由隔離槽(9)中的導(dǎo)電材料引出柵電極，形成槽柵結(jié)構(gòu)，所述P型體接觸區(qū)(11)和N型陰極區(qū)(12)均沿器件縱向方向分為兩段，兩段之間有間距，并沿器件的橫向中線呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩段P型體接觸區(qū)(11)和N型陰極區(qū)(12)間距均為G，且滿足G>N。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橫向IGBT，其特征在于，沿器件縱向方向，所述P型阱區(qū)(6)分為兩段，且兩段P型阱區(qū)之間的間距為M;沿器件橫向方向，兩段P型阱區(qū)之間形成的開口與兩段隔離槽之間形成的開口相對(duì)應(yīng)，并且滿足G>M>N。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種橫向IGBT，其特征在于，所述兩段P型阱區(qū)除去P型體接觸區(qū)(11)和N型陰極區(qū)(12)以外的表面形成平面柵結(jié)構(gòu)并引出柵電極，平面柵與P型體接觸區(qū)(11)和N型陰極區(qū)(12)均接觸。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種橫向IGBT，其特征在于，沿器件縱向方向，所述N型陰極區(qū)(12)在器件的俯視圖上呈“L”字形的鏡像，P型體接觸區(qū)(11)位于“L”字形的開口處;所述兩段P型阱區(qū)除去P型體接觸區(qū)(11)和N型陰極區(qū)(12)以外的表面形成平面柵結(jié)構(gòu)并引出柵電極，平面柵與N型陰極區(qū)(12)接觸，不與P型體接觸區(qū)(11)接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種橫向IGBT，其特征在于，隔離槽(9)的下表面與介質(zhì)層(2)的上表面連接。
【文檔編號(hào)】H01L29/40GK106024873SQ201610344066
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】羅小蓉, 鄧高強(qiáng), 周坤, 吳俊峰, 張彥輝
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)