一种电流增强型横向绝缘栅双极型晶体管制造技术

一种电流增强型横向绝缘栅双极型晶体管，在维持闩锁能力不变的前提下，提高电流密度和关断速率。该半导体具备：在P型衬底上设有埋氧，埋氧上设有N型漂移区，其上设有P型体区和N型缓冲区，N型缓冲区内设有P型集电极区，P型集电极区上连接有阳极金属，在N型漂移区的上方设有场氧层，在P型体区内设有P型阱区，P型阱区内设有P型发射极区和发射极区，上述4区域的内侧边界同步内陷形成方形凹槽，发射极区围绕凹槽依次定义为第一P型发射极区、第二三四N型发射极区、第五P型发射极区，N型漂移区外凸并充满方形凹槽，P型体区表面设有栅氧化层，在栅氧化层表面设有多晶硅层，在多晶硅层上连接有栅金属。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及功率半导体器件
，是一种电流增强型横向绝缘栅双极型晶体管，特别适用于高压三相单芯片逆变器集成电路中，用来驱动直流无刷电机。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管IGBT是MOS栅器件结构与双极型晶体管结构相结合进化而成的复合型功率器件，同时具备MOS管与双极型晶体管的特点，具有良好的通态电流和开关损耗之间的折中关系。绝缘体上娃横向绝缘栅双极型晶体管(SO1-Lateral InsulatedGate Bipolar Transistor, SO1-LIGBT)是一种典型的基于SOI工艺的器件，具有易于集成、耐压高、驱动电流能力强、开关速度快等优点，在功率集成电路中得到了广泛应用。由于S01-LIGBT用作功率集成电路中的功率开关管，其功率损耗决定了整个系统的损耗，功率损耗包括导通损耗和关断损耗，为了降低S01-LIGBT的导通损耗，就必须提高器件的导通电流密度；为了降低S01-LIGBT的关断损耗，就必须提高器件的关断速度。为了提高器件的导通电流密度，目前提出了一些器件，例如多沟道LIGBT，立体沟道LIGBT和E2LIGBT。但在这些器件提高导通电流密度的同时，又会带来一些新的问题，对于多沟道LIGBT，关断前漂移区存贮的载流子数量较多，且没有专门的空穴载流子排空通道，增加了器件的关断时间，其它提高导通电流密度的技术也会带来器件耐压下降或抗闩锁能力下降等问题。耐压的下降，降低了器件的最高工作电压，使器件的运用受到限制；关断时间增加，导致器件的开关损耗大幅增加；闩锁效应会使栅信号失去对器件的控制，器件结构可能经历破坏性失效，闩锁抑制能力的下降，使得器件的可靠性降低。因此，在保持器件的耐压、不降低S01-LIGBT的闩锁抑制能力的基础上提高S01-LIGBT的导通电流密度和降低关断时间是S01-LIGBT的主要发展方向，对功率集成电路的设计具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出了一种电流增强型横向绝缘栅双极型晶体管。该结构在保持器件耐压、抑制闩锁能力不降低的前提下，显著提高器件的电流密度，同时也提升了器件的关断速率。一种电流增强型横向绝缘栅双极型晶体管，包括:P型衬底，在P型衬底上设有埋氧，在埋氧上设有N型漂移区，在N型漂移区的两侧分别设有P型体区和N型缓冲区，在N型缓冲区内设有重掺杂的P型集电极区，重掺杂的P型集电极区上连接有阳极金属，在N型漂移区的上方设有场氧层，所述场氧层的一侧边界落在N型缓冲区上方，另一侧边界与P型体区相接且为直边界，在P型体区内设有P型阱区，在P型阱区内设有重掺杂的P型发射极区和发射极区，在重掺杂的P型发射极区和发射极区连接有阴极金属，其特征在于，所述P型体区、P型阱区、重掺杂的P型发射极区和发射极区的内侧边界同步内陷形成一方形凹槽，发射极区的内陷方形凹槽的底部定义为第三N型发射极区，发射极区的内陷方形凹槽的两边分别定义为第二 N型发射极区和第四N型发射极区，分别与发射极区的内陷方形凹槽的两边顶点连接的发射极区部分分别定义为第一 P型发射极区和第五P型发射极区，所述N型漂移区外凸并充满方形凹槽，在P型阱区以外的P型体区表面设有栅氧化层，所述栅氧化层向场氧层延伸并止于场氧层的边界，在栅氧化层表面设有多晶硅层且所述多晶硅层延伸至场氧层的上方，在多晶硅层上连接有栅金属。所述的电流增强型横向绝缘栅双极型晶体管，其特征在于第一 P型发射极区、第五P型发射极区可以全变为N型重掺杂。所述的电流增强型横向绝缘栅双极型晶体管，其特征在于第一 P型发射极区、第二 N型发射极区、第三N型发射极区、第四N型发射极区、第五P型发射极区长度范围均为0.5um?lOOum。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点: 本专利技术提供了一种电流增强型横向绝缘栅双极型晶体管，在P型体区、P型阱区、重掺杂的P型发射极区和发射极区的内侧边界同步内陷后，形成了 U形的发射极区，相比于传统的单沟道LIGBT，大大增加了等效的沟道长度。当器件开启时，电子从沟道区注入的效率大幅提升，从而使得漂移区载流子浓度升高；那么当漏端PN结开启时，将促使更多的空穴从漏端注入，形成更强的电导调制效应，大大提升了器件的导通电流能力。对于传统器件，空穴载流子是须通过N型发射极区，进入源端；而本专利技术的第一、第五发射极区为P型重掺杂，空穴载流子则是通过第一、第五P型发射极区进入源端，P型发射极区本身吸收大量的空穴载流子，一方面抑制了寄生NPN晶体管的开启，提高了器件的抗闩锁特性；另一方面提高了器件的关断速度，减小了关断损耗。与此同时，第一、第二、第三、第四、第五发射极区的长度之比可调，第一 P型发射极区和第五P型发射极区亦可全部替换成N型重掺杂区，所以在实际应用中可以更加灵活，在增加导通电流密度和提高抗闩锁能力之间进行折中。故本专利技术器件不仅能够显著提高器件的导通电流密度，而且提高了器件的关断速度，提高了器件的闩锁抑制能力。【附图说明】图1所示为普通横向绝缘栅双极型晶体管的器件剖面结构图。图2所示为本专利技术U形沟道横向绝缘栅双极型晶体管的结构三维图。图3所不为本专利技术结构去掉金属电极和一半多晶娃后的三维图。图4所示为本专利技术结构去掉金属电极后和栅氧层的三维图。图5所示为本专利技术结构去掉金属电极和场氧层后的俯视图。图6所示为本专利技术结构去掉金属电极和场氧层后栅极加正压的俯视图。图7所示为本专利技术结构去掉金属电极和场氧层后第一、第五P型发射极区改为全N型掺杂的俯视图。图8所示为本专利技术结构去掉金属电极和场氧层后改变第三N型发射极区长度的俯视图。图9所示为本专利技术结构去掉金属电极和场氧层后改变第二、四N型发射极区长度的俯视图。图10所示为本专利技术结构去掉金属电极和场氧层后改变第一、第五P型发射极区长度的俯视图。图11所示为本专利技术结构第二、第三、第四N型发射区不同长度时的导通电流密度图。图12所示为本专利技术结构第一 P型发射区不同长度时的导通电流密度和闩锁电压图。图13所示为本专利技术结构与传统结构的1-V曲线对比图。图14所示为本专利技术结构与传统结构的闩锁电压比较图。图15所示为本专利技术结构与传统结构的关断时间比较图。图16所示为本专利技术结构与传统结构的耐压比较图。【具体实施方式】下面结合图2、图3，对本专利技术做详细说明，一种电流增强型横向绝缘栅双极型晶体管，包括:P型衬底1，在P型衬底I上设有埋氧2，在埋氧2上设有N型漂移区3，在N型漂移区3的两侧分别设有P型体区4和N型缓冲区9，在N型缓冲区9内设有重掺杂的P型集电极区8，重掺杂的P型集电极区8上连接有阳极金属10，在N型漂移区3的上方设有场氧层16，所述场氧层16的一侧边界落在N型缓冲区9上方，另一侧边界与P型体区4相接且为直边界，在P型体区4内设有P型阱区5，在P型阱区5内设有重掺杂的P型发射极区6和发射极区7，在重掺杂的P型发射极区6和发射极区7连接有阴极金属11，其特征在于，所述P型体区4、P型阱区5、重掺杂的P型发射极区6和发射极区7的内侧边界同步内陷形成一方形凹槽17，发射极区7的宽度为定值，P型体区4的内侧边界到P型阱区5的内侧边界的距离为定值，发射极区7的内陷方形凹槽17的底部定义为第三N型发射极区7c，发射极区7的内陷方形凹槽17的两边分别定义为第二 N型发射极区7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流增强型横向绝缘栅双极型晶体管，包括：P型衬底（1），在P型衬底（1）上设有埋氧（2），在埋氧（2）上设有N型漂移区（3），在N型漂移区（3）的两侧分别设有P型体区（4）和N型缓冲区（9），在N型缓冲区（9）内设有重掺杂的P型集电极区（8），重掺杂的P型集电极区（8）上连接有阳极金属（10），在N型漂移区（3）的上方设有场氧层（16），所述场氧层（16）的一侧边界落在N型缓冲区（9）的上方，另一侧边界与P型体区（4）相接且为直边界，在P型体区（4）内设有P型阱区（5），在P型阱区（5）内设有重掺杂的P型发射极区（6）和发射极区（7），在重掺杂的P型发射极区（6）和发射极区（7）连接有阴极金属（11），其特征在于，所述P型体区（4）、P型阱区（5）、重掺杂的P型发射极区（6）和发射极区（7）的内侧边界同步内陷形成一方形凹槽（17），发射极区（7）的内陷方形凹槽（17）的底部定义为第三N型发射极区（7c），发射极区（7）的内陷方形凹槽（17）的两边分别定义为第二N型发射极区（7b）和第四N间隔发射极区（7d），分别与发射极区（7）的内陷方形凹槽（17）的两边顶点连接的发射极区部分分别定义为第一P型发射极区（7a）和第五P型发射极区（7e），所述N型漂移区（3）外凸并充满方形凹槽（17），在P型阱区（5）以外的P型体区（4）表面设有栅氧化层（13），所述栅氧化层（13）向场氧层（16）延伸并止于场氧层（16）的边界，在栅氧化层（13）表面设有多晶硅层（15）且所述多晶硅层（15）延伸至场氧层（16）的上方，在多晶硅层（15）上连接有栅金属（14）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟锋，祝靖，张龙，顾炎，宋华，张森，苏巍，
申请(专利权)人：东南大学，无锡华润上华半导体有限公司，无锡华润上华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32