絕緣柵雙極晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本案是有關(guān)于一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法。詳細(xì)而言，本案中所述實(shí)施例是有關(guān)于一種絕緣柵雙極晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的快速進(jìn)展，半導(dǎo)體裝置(如晶體管)已被廣泛地應(yīng)用在各式電子裝置中，如移動電話、平板電腦等。
[0003]一般而言，絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)具有低導(dǎo)通電阻以及高驅(qū)動電流的特性，故經(jīng)常被應(yīng)用在高功率的開關(guān)電路中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種絕緣柵雙極晶體管。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，絕緣柵雙極晶體管包括發(fā)射極電極、集電極電極、第一導(dǎo)電型態(tài)的集電極層、第二導(dǎo)電型態(tài)的摻雜層、第二導(dǎo)電型態(tài)的集電極層以及第一導(dǎo)電型態(tài)的基極層。發(fā)射極電極與集電極電極分別位于絕緣柵雙極晶體管的相對兩側(cè)。第一導(dǎo)電型態(tài)的集電極層接觸集電極電極的第一表面。第二導(dǎo)電型態(tài)的摻雜層覆蓋第一導(dǎo)電型態(tài)的集電極層。第二導(dǎo)電型態(tài)的集電極層接觸集電極電極的第二表面。第一導(dǎo)電型態(tài)的集電極層與第二導(dǎo)電型態(tài)的集電極層交替設(shè)置。第一導(dǎo)電型態(tài)的基極層，用以阻隔第二導(dǎo)電型態(tài)的集電極層與第一導(dǎo)電型態(tài)的集電極層。
[0005]本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種絕緣柵雙極晶體管的制造方法。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，制造方法包括:提供一主體，其中主體包括第二導(dǎo)電型態(tài)的摻雜層；形成第一導(dǎo)電型態(tài)的基極層；形成第二導(dǎo)電型態(tài)的集電極層，其中第一導(dǎo)電型態(tài)的基極層介于第二導(dǎo)電型態(tài)的集電極層與第二導(dǎo)電型態(tài)的摻雜層之間；形成第一導(dǎo)電型態(tài)的集電極層，其中第二導(dǎo)電型態(tài)的摻雜層覆蓋第一導(dǎo)電型態(tài)的集電極層，且第一導(dǎo)電型態(tài)的集電極層與第二導(dǎo)電型態(tài)的集電極層交替設(shè)置；以及形成集電極電極，其中集電極電極的第一表面接觸第一導(dǎo)電型態(tài)的集電極層，集電極電極的第二表面接觸第二導(dǎo)電型態(tài)的集電極層。
[0006]綜上所述，通過應(yīng)用上述一實(shí)施例，可實(shí)現(xiàn)一種絕緣柵雙極晶體管，可同時(shí)改進(jìn)絕緣柵雙極晶體管的能量耗損及操作上的穩(wěn)定度。
【附圖說明】
[0007]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例繪示的一種絕緣柵雙極晶體管的示意圖；
[0008]圖2A-2D為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例繪示的一種絕緣柵雙極晶體管的制造方法的示意圖；
[0009]圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的絕緣柵雙極晶體管、一比較例I的絕緣柵雙極晶體管以及一比較例II的逆導(dǎo)絕緣柵雙極晶體管的崩潰電壓(breakdown voltage)所繪示的比較圖；
[0010]圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的絕緣柵雙極晶體管、一比較例I的絕緣柵雙極晶體管以及一比較例II的逆導(dǎo)絕緣柵雙極晶體管的電壓-電流關(guān)系所繪示的比較圖；以及
[0011]圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的絕緣柵雙極晶體管、一比較例I的絕緣柵雙極晶體管以及一比較例II的逆導(dǎo)絕緣柵雙極晶體管的順向?qū)妷?forward turn-on voltage)與截止延遲時(shí)間(turn-off delay time)的相應(yīng)關(guān)系所繪示的比較圖。
[0012]符號說明:
[0013]100:絕緣柵雙極晶體管
[0014]110:集電極電極
[0015]120:發(fā)射極電極
[0016]124:層間介電層
[0017]130:柵極
[0018]132:柵極絕緣層
[0019]140:P型基極層
[0020]140a:待移除部分
[0021]150:N型集電極層
[0022]150a:待移除部分
[0023]160:P型集電極層
[0024]170:N型緩沖層
[0025]170a:暴露部分
[0026]180:N型漂移層
[0027]190:P 型井層
[0028]200:P型發(fā)射極層
[0029]210:N型發(fā)射極層
[0030]SF1:集電極電極的第一表面
[0031]SF2:集電極電極的第二表面
[0032]SF3:集電極電極的第三表面
[0033]I1:間距
[0034]12:間距
[0035]TR:溝槽
[0036]SD1:第一側(cè)
[0037]SD2:第二側(cè)
[0038]C1-C6:曲線
[0039]C22、C44、C66:曲線
【具體實(shí)施方式】
[0040]以下將以圖式及詳細(xì)敘述清楚說明本揭示內(nèi)容的精神，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在了解本揭示內(nèi)容的實(shí)施例后，當(dāng)可由本揭示內(nèi)容所教示的技術(shù)，加以改變及修飾，其并不脫離本揭示內(nèi)容的精神與范圍。
[0041]關(guān)于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特別指稱次序或順位的意思，也非用以限定本發(fā)明，其僅為了區(qū)別以相同技術(shù)用語描述的元件或操作。
[0042]關(guān)于本文中所使用的方向用語，例如:上、下、左、右、前或后等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本創(chuàng)作。
[0043]關(guān)于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限于。
[0044]關(guān)于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部組合。
[0045]關(guān)于本文中所使用的用語“大致”、“約”等，用以修飾任何可微變化的數(shù)量或誤差，但這種些微變化或誤差并不會改變其本質(zhì)。一般而言，此類用語所修飾的這些微變化或誤差的范圍在部分實(shí)施例中可為20%，在部分實(shí)施例中可為10%，在部分實(shí)施例中可為5%或是其他數(shù)值。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，前述提及的數(shù)值可依實(shí)際需求而調(diào)整，并不以此為限。
[0046]關(guān)于本文中所使用的用詞(terms)，除有特別注明外，通常具有每個(gè)用詞使用在此領(lǐng)域中、在此揭露的內(nèi)容中與特殊內(nèi)容中的平常意義。某些用以描述本揭露的用詞將于下或在此說明書的別處討論，以提供本領(lǐng)域技術(shù)人員在有關(guān)本揭露的描述上額外的引導(dǎo)。
[0047]絕緣柵雙極晶體管在關(guān)閉(turn-off)時(shí)，有一截止延遲時(shí)間(turn-off delaytime)，此截止延遲時(shí)間可造成額外的能量損耗。此外，絕緣柵雙極晶體管容易因其內(nèi)部的P-N接面而造成負(fù)微分電阻(negative differential resistance, NDR)現(xiàn)象，導(dǎo)致操作上的不易及不穩(wěn)定。針對前述的部分/全部缺陷，于下列實(shí)施例中，提出了一種絕緣柵雙極晶體管。
[0048]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例繪示的一種絕緣柵雙極晶體管100的示意圖。在本實(shí)施例中，絕緣柵雙極晶體管100例如為一種溝槽式絕緣柵雙極晶體管(trench gate IGBT)，然而本發(fā)明不以此為限。
[0049]在本實(shí)施例中，絕緣柵雙極晶體管100包括集電極電極(collectorelectrode)110、發(fā)射極電極(emitter electrode)120、層間介電層(interlayerdielectric) 124、極極(gate electrode) 130、極極絕緣層(gate insulator) 132、P 型基極層(P-type base layer) 140、N 型集電極層(N-type collector layer) 150、P 型集電極層(P-type collector layer) 160、N 型慘雜層(N-type doped layer)(其中可包括 N 型緩沖層(N-type buffer layer) 170 及N型漂移層(N-type drift layer) 180)、P型井層(P-typewell layer) 190、P 型發(fā)射極層(P-type emitter layer) 200 以及 N 型發(fā)射極層(N-typeemitter layer) 210。在一些實(shí)施例中，N型摻雜層可為N型漂移層180，也即，N型緩沖層170可被省略。此外，本領(lǐng)域人士當(dāng)可明白，在一些實(shí)施例中，上述摻雜P型摻質(zhì)的各層可改變?yōu)閾诫sN型摻質(zhì)，且上述摻雜N型摻質(zhì)的各層可改變?yōu)閾诫sP型摻質(zhì)。是以，本發(fā)明不以此處所述實(shí)施例為限。
[0050]在本實(shí)施例中，集電極電極110與發(fā)射極電極120分別位于絕緣柵雙極晶體管100的相對兩側(cè)，例如發(fā)射極電極120位于絕緣柵雙極晶體管100的第一側(cè)SD1，且集電極電極110位于絕緣柵雙極晶體管100的第二側(cè)SD2。N型漂移層180位于N型緩沖層170之上。P型井層190位于N型漂移層180之上。P型發(fā)射極層200以及N型發(fā)射極層210皆位于P型井層190之上。在本實(shí)施例中，P型發(fā)射極層200以及N型發(fā)射極層210的高度大致相同(例如在圖1中的y軸上具有大致相同的y