專利名稱：一種具有p型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種新型的功率半導(dǎo)體器件。它既具有MOSFET的輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)速度高的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極晶體管的電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。因此，IGBT具有高壓、大電流、高速的三大特點(diǎn)， 這是其他功率器件所不能比擬的。IGBT作為功率開(kāi)關(guān)管或功率輸出管廣泛應(yīng)用于電磁爐、 UPS不間斷電源、汽車電子點(diǎn)火器、三相電動(dòng)機(jī)變頻器、電焊機(jī)開(kāi)關(guān)電源等產(chǎn)品中，現(xiàn)已成為電力電子領(lǐng)域的主流產(chǎn)品之一。1982年美國(guó)RCA公司和GE公司發(fā)明了 IGBT，設(shè)計(jì)者很巧妙地將VDMOS的N+襯底換成P+襯底，引入電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，從而大大降低了導(dǎo)通電阻。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，IGBT的工藝技術(shù)和器件結(jié)構(gòu)得到了不斷的改進(jìn)和提高，IGBT已由第一代發(fā)展到第六代，其電性能參
數(shù)日趨完善。IGBT結(jié)構(gòu)有平面型和溝槽型兩種。相比于平面型結(jié)構(gòu)，溝槽型結(jié)構(gòu)通過(guò)引入溝槽柵消除了 JFET區(qū)電阻效應(yīng)并且增大了 MOS柵溝道的密度，有效的降低了正向?qū)▔航?、從而大大的降低了器件的?dǎo)通損耗并減小了器件的面積。在當(dāng)前能源消耗日益增大，特別是電力供需矛盾日益尖銳的情況下，溝槽型IGBT結(jié)構(gòu)因其損耗小、體積小、重量輕和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在中低壓領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而在高壓領(lǐng)域，IGBT器件卻很少采用溝槽柵結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樵跍喜坌虸GBT結(jié)構(gòu)的溝槽柵末端形成的邊緣效應(yīng)，容易形成電場(chǎng)集中，在器件漂移區(qū)還沒(méi)有足夠耗盡的情況下，器件就在溝槽柵末端擊穿，使器件在較低電壓下?lián)舸?br>
發(fā)明內(nèi)容
為了改善溝槽型絕緣柵雙極型晶體管的不足，本發(fā)明提供一種具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管。本發(fā)明在傳統(tǒng)溝槽型絕緣柵雙極型晶體管的基礎(chǔ)上，在 N_漂移區(qū)內(nèi)引入P型埋島結(jié)構(gòu)。當(dāng)器件在反向阻斷時(shí)，P型埋島結(jié)構(gòu)及其附近的N—漂移區(qū) 4耗盡，通過(guò)P型埋島結(jié)構(gòu)引入正電荷的附加電場(chǎng)，降低了溝槽柵底部的電場(chǎng)尖峰。因此，在相同的溝槽柵末端臨界擊穿電場(chǎng)下，與一般溝槽柵IGBT相比，本發(fā)明提出的具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管，擊穿時(shí)的耗盡區(qū)的長(zhǎng)度大，器件的耐壓性能得到提高。 當(dāng)器件正向?qū)〞r(shí)，所引入的P型埋島結(jié)構(gòu)離溝道處較遠(yuǎn)，對(duì)正向特性無(wú)影響。本發(fā)明技術(shù)方案如下—種具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管，如圖2和圖3所示，所述絕緣柵雙極型晶體管的N—漂移區(qū)4內(nèi)具有P型埋島結(jié)構(gòu)12。上述方案中所述P型埋島結(jié)構(gòu)12截面形狀可以是方形、條形、三角形、梯形、圓形或橢圓形。所述P型埋島結(jié)構(gòu)12可以是單島結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，也可以是雙島或多島結(jié)構(gòu)(如圖3所示)。所述絕緣柵雙極型晶體管的集電極可以是電場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)、透明陽(yáng)極結(jié)構(gòu)或陽(yáng)極短路結(jié)構(gòu)。所述P型埋島結(jié)構(gòu)12的濃度、厚度、形狀、個(gè)數(shù)等可根據(jù)設(shè)計(jì)要求而相應(yīng)變化。所述絕緣柵雙極型晶體管的半導(dǎo)體材料可采用硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)或者氮化鎵(feiN)等。本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在本發(fā)明在傳統(tǒng)溝槽型絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)在漂移區(qū)內(nèi)引入 P型埋島結(jié)構(gòu)12。當(dāng)器件反向阻斷時(shí)，P型埋島結(jié)構(gòu)12及其附近的N—漂移區(qū)4耗盡，通過(guò) P型埋島結(jié)構(gòu)12引入正電荷的附加電場(chǎng)，降低了溝槽型柵底部的電場(chǎng)尖峰，從而提高了器件的耐壓。當(dāng)器件正向?qū)〞r(shí)，P型埋島結(jié)構(gòu)12距離縱向溝道區(qū)域有一定的距離，因而引入的P型埋島結(jié)構(gòu)12對(duì)器件的閾值電壓無(wú)影響，對(duì)正向特性無(wú)影響。所述絕緣柵雙極型晶體管可適用于高壓的半導(dǎo)體功率器件和功率集成電路領(lǐng)域。


圖1是傳統(tǒng)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。圖2和圖3是本發(fā)明提出的具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。圖1至圖3中，1為集電極，2為P+集電區(qū)，3為N+電場(chǎng)阻止層，4為漂移區(qū)，5為柵氧，6為柵極，7為柵極和發(fā)射極之間的絕緣層，8為P_基區(qū)，9為P+接觸區(qū)，10為N+接觸區(qū)，11發(fā)射極，12為P型埋島結(jié)構(gòu)。圖4是仿真獲得的傳統(tǒng)溝槽型絕緣柵雙極型晶體管和本發(fā)明提供的具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管的擊穿電壓對(duì)比。從圖中可以看出與傳統(tǒng)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明提供的具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管具有更高的擊穿電壓。圖5和圖6是上述器件擊穿時(shí)沿著溝槽柵末端的橫向和縱向電場(chǎng)分布示意圖。從圖中可以看出與傳統(tǒng)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明提供的具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管通過(guò)P型埋島結(jié)構(gòu)12引入正電荷的附加電場(chǎng)，降低了溝槽型柵底部的電場(chǎng)尖峰，從而提高了器件的耐壓。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明在傳統(tǒng)溝槽型絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)在體內(nèi)引入P型埋島環(huán)結(jié)構(gòu)12，提出具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管。當(dāng)器件反向阻斷時(shí)，P 型埋島結(jié)構(gòu)12及其附近的漂移區(qū)4耗盡，通過(guò)P型埋島結(jié)構(gòu)12引入正電荷的附加電場(chǎng)， 降低了溝槽型柵底部的電場(chǎng)尖峰，擴(kuò)展了耗盡區(qū)長(zhǎng)度，從而提高了器件的耐壓。本發(fā)明適用于高壓半導(dǎo)體功率器件和功率集成電路領(lǐng)域。一種具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管，具體制備工藝與一般的 Trench-IGBT的生產(chǎn)工藝工基本相同，不同之處是需要對(duì)一般Trench-IGBT的終端環(huán)mask 版進(jìn)行修改，加入P型埋島結(jié)構(gòu)12，使P型埋島結(jié)構(gòu)12和終端環(huán)結(jié)構(gòu)采用同一張版。P型埋島結(jié)構(gòu)和終端環(huán)結(jié)構(gòu)的深度一致，所需要的離子濃度相當(dāng)，因而在形成終端環(huán)的過(guò)程中， 也會(huì)同時(shí)形成P型埋島結(jié)構(gòu)12。只需要控制修改mask版上P型埋島結(jié)構(gòu)的大小和位置，就可以控制P型埋島結(jié)構(gòu)12在Trench-IGBT中的形狀和位置。
權(quán)利要求
1.一種具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述絕緣柵雙極型晶體管的N—漂移區(qū)內(nèi)具有P型埋島結(jié)構(gòu)(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述P型埋島結(jié)構(gòu)(12)的截面形狀為方形、條形、三角形、梯形、圓形或橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述P型埋島結(jié)構(gòu)(12)為單島結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述P型埋島結(jié)構(gòu)(12)為雙島或多島結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述絕緣柵雙極型晶體管的集電極為電場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)、透明陽(yáng)極結(jié)構(gòu)或陽(yáng)極短路結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述絕緣柵雙極型晶體管的半導(dǎo)體材料采用硅、碳化硅、砷化鎵或者氮化鎵。
全文摘要
一種具有P型埋島結(jié)構(gòu)的溝槽型絕緣柵雙極型晶體管，屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在傳統(tǒng)溝槽型絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在N-漂移區(qū)內(nèi)引入P型埋島結(jié)構(gòu)。當(dāng)器件反向阻斷時(shí)，P型埋島結(jié)構(gòu)及其附近的N-漂移區(qū)耗盡，通過(guò)P型埋島結(jié)構(gòu)引入正電荷的附加電場(chǎng)，降低了溝槽型柵底部的電場(chǎng)尖峰，從而提高了器件的耐壓。當(dāng)器件正向?qū)〞r(shí)，所引入的P型埋島結(jié)構(gòu)對(duì)正向特性無(wú)影響。本發(fā)明適用于高壓半導(dǎo)體功率器件和功率集成電路領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01L29/739GK102354706SQ20111030962
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者任敏, 單亞?wèn)|, 張波, 張金平, 李澤宏 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)