分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1是現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)圖，由于電極為溝槽結(jié)構(gòu)，因此可實(shí)現(xiàn)小型化，這還形成n+陰極、p+陽(yáng)極鍵合以及p+分流器區(qū)，這是因?yàn)闇喜?氧化膜有效地發(fā)揮光掩膜作用的結(jié)果。而且，由于器件上電場(chǎng)集中在溝槽-氧化膜層，不僅能實(shí)現(xiàn)小型化，而且即使有P+分流器，也具有較高的阻斷電壓。
[0003]由于這種橫向絕緣柵雙極型晶體管因電導(dǎo)調(diào)制，其正向壓降小，輸入阻抗大，因此是一個(gè)非常適合用于智能(smart)電源集成電路的器件，但橫向絕緣柵雙極型晶體管因其結(jié)構(gòu)而存在由P+陽(yáng)極、η-漂移層、ρ-基區(qū)、η+陰極構(gòu)成的寄生晶閘管。
[0004]此外，當(dāng)橫向絕緣柵雙極型晶體管正常工作時(shí)，上述的寄生晶閘管不工作，但當(dāng)電流達(dá)到一定值以上時(shí)，寄生晶閘管就會(huì)導(dǎo)通，這就是閂鎖效應(yīng)的特性。若發(fā)生上述閂鎖效應(yīng)，橫向絕緣柵雙極型晶體管會(huì)喪失M0S柵的控制能力，因此閂鎖效應(yīng)是限制橫向絕緣柵雙極型晶體管的電流控制能力，并決定安全工作區(qū)的核心要素之一。為了有效地改善如此重要的閂鎖效應(yīng)，曾有過(guò)關(guān)于溝槽結(jié)構(gòu)型橫向絕緣柵雙極型晶體管的技術(shù)。
[0005]然而，隨著普通的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管尺寸縮小，包括閂鎖電流密度的電特性會(huì)變差，因此圍繞由Ρ-基區(qū)的空穴電流導(dǎo)致電壓驟降和閂鎖效應(yīng)提升的問(wèn)題進(jìn)行了多次研究。而具有Ρ+分流器結(jié)構(gòu)的橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管則存在隨著η-漂移層減少，正向阻斷電壓大幅降低的結(jié)構(gòu)性缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明公開(kāi)了一種分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管，加大了閂鎖電流密度，使擊穿電壓高出現(xiàn)有的通用橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的擊穿電壓，并可使用更高的電流密度和正向電壓，獲得更好的效果。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管，包括由氧化膜形成的Ρ型襯底；在所述Ρ型襯底上形成的η-漂移區(qū)；在所述η-漂移區(qū)上形成兩個(gè)陽(yáng)極、一個(gè)陰極和一個(gè)柵極；在所述兩個(gè)陽(yáng)極之間形成的Ρ+漂移區(qū)和η+緩沖區(qū)，在所述陽(yáng)極和陰極之間形成的Ρ+分流器結(jié)構(gòu)；在所述陰極和柵極之間構(gòu)成η+陰極區(qū)、ρ+陰極區(qū)和ρ-基區(qū)。
[0008]本發(fā)明公開(kāi)的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管擁有兩條電流路徑，其中一條如上述現(xiàn)有技術(shù)圖1所示，與現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管之路徑相同，在正向運(yùn)作模式中，陽(yáng)極ρη鍵合會(huì)導(dǎo)通，并往晶體管的η-漂移區(qū)注入空穴；此外，空穴中一部分從η-漂移區(qū)不經(jīng)過(guò)Ρ-基區(qū)而直接流入Ρ+陰極區(qū)。而另一條電流路徑是，流向Ρ+分流器區(qū)，電子電流誘導(dǎo)空穴電流，使其空穴電流不經(jīng)過(guò)η+陰極背面的ρ+陰極區(qū)，而經(jīng)過(guò)P+分流器區(qū)，接觸陰極，而這一電流與閂鎖效應(yīng)毫不相干；P+分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，因?yàn)榭昭娏鹘?jīng)過(guò)P+分流器區(qū)和n+陰極區(qū)背面的P+陰極區(qū)，并直接到達(dá)陰極，因此可提高抗閂鎖性能。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明在一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管和現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的ι-v特性曲線圖；
圖4是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管和現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的霍爾電流流向圖；
圖5是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管和現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的正向擊穿特性圖；
圖6是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管和現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷特性圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)闡述。
[0011]如圖2所示，本發(fā)明公開(kāi)的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管，包括由氧化膜形成的P型襯底9 ;在所述ρ型襯底上形成的η-漂移區(qū)10 ;在所述η-漂移區(qū)上形成兩個(gè)陽(yáng)極1、一個(gè)陰極2和一個(gè)柵極3 ;在所述兩個(gè)陽(yáng)極1之間形成的Ρ+漂移區(qū)5和η+緩沖區(qū)4，在所述陽(yáng)極1和陰極2之間形成的ρ+分流器區(qū)6 ;在所述陰極2和柵極3之間構(gòu)成Π+陰極區(qū)8、ρ+陰極區(qū)7和ρ-基區(qū)，從而使分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管擁有兩條電流路徑，其中一條與圖1所示的現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管之路徑相同，在正向運(yùn)作模式中，陽(yáng)極ρη鍵合會(huì)導(dǎo)通，并往晶體管的η-漂移區(qū)注入空穴；此外，就本發(fā)明的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管的作用而言，空穴中一部分從η-漂移區(qū)10不經(jīng)過(guò)ρ-基區(qū)而直接流入ρ+陰極區(qū)7，而另一條電流路徑是，流向ρ+分流器區(qū)6，電子電流誘導(dǎo)空穴電流，使其空穴電流不經(jīng)過(guò)η+陰極背面的ρ+陰極區(qū)，而經(jīng)過(guò)ρ+分流器區(qū)，接觸陰極，而這一電流與閂鎖效應(yīng)毫不相干。
[0012]圖3是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管和現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的電流-電壓(Ι-V)特性圖，從陽(yáng)極電阻區(qū)轉(zhuǎn)向陰極電阻區(qū)的地點(diǎn)就是發(fā)生閂鎖效應(yīng)的地點(diǎn)，如圖中比較所示，現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管和本發(fā)明的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管的閂鎖電流密度各為540A/cifi和1453Α/ cifi，因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)具有比現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管，其閂鎖電流密度高2.7倍的良好特性，而且p+分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，因?yàn)榭昭娏鹘?jīng)過(guò)p+分流器區(qū)和n+陰極區(qū)背面的p+陰極區(qū)，并直接到達(dá)陰極，因此可提尚抗円鎖性能。
[0013]圖4是優(yōu)選實(shí)施例的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管和現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的霍爾電流流向圖，闡述了在導(dǎo)通狀態(tài)下器件的空穴電流矢量，可確認(rèn)從P+陽(yáng)極往η-漂移區(qū)注入的空穴，一部分空穴從η-漂移層流入Ρ+陰極層，另一部分則從η-漂移層流入ρ+分流器區(qū)；此外，陰極(2)不發(fā)生閂鎖效應(yīng)并收集流入ρ+陰極和Ρ+分流器區(qū)的空穴，因此會(huì)發(fā)現(xiàn)很多空穴集中在η+陰極層背面和ρ+分流器區(qū)；與此相反，在現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管，很多空穴經(jīng)過(guò)Ρ-基區(qū)層流入陰極(2)，證明了上述圖3的特性。
[0014]圖5是優(yōu)選實(shí)施例的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管和現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的正向擊穿特性圖，具有規(guī)定器件的特性之一，即正向阻止特性，就一般而言，若η-漂移層的長(zhǎng)度因ρ+分流器區(qū)而縮小，正向阻斷電壓會(huì)大幅降低；鑒于此，過(guò)去本無(wú)法制作具有Ρ+分流器的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管，但在本發(fā)明具有Ρ-分流器的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管，電極采用了溝槽形式，因此在器件內(nèi)部若電場(chǎng)集中在溝槽-氧化膜層，穿通擊穿現(xiàn)象會(huì)較晚出現(xiàn)。與同樣大小的器件相比較，現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的正向阻斷電壓為105V以下，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的正向阻斷電壓約為140V，從中可知，本發(fā)明的ρ+分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管的正向阻斷電壓比現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的正向阻斷電壓提高了 1.3倍左右。
[0015]圖6是優(yōu)選實(shí)施例的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管和現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷特性圖，就電力絕緣柵雙極型晶體管而言，在一般的情況下，關(guān)斷時(shí)間被定義為在導(dǎo)通狀態(tài)下達(dá)到陽(yáng)極電流初期值10%的時(shí)間?，F(xiàn)有橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的關(guān)斷時(shí)間為2 MS，本發(fā)明的關(guān)端時(shí)間為0.3 MS，可知其開(kāi)關(guān)速度非?？?。而開(kāi)關(guān)速度快的原因在于溝槽-氧化膜占據(jù)了 η-漂移區(qū)的一部分，使積累在η-漂移層的少數(shù)載流子有了減少。
[0016]如上所述，本發(fā)明的效果是由于分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管被溝槽-氧化膜層包圍，電場(chǎng)移到溝槽-氧化膜層，因此分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的穿通擊穿現(xiàn)象會(huì)較晚出現(xiàn)，從而在橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管，Ρ+分流器不影響擊穿現(xiàn)象。此外，本發(fā)明的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管比現(xiàn)有的橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管，不僅電流密度較高，而且還可在正向電壓使用，因此這是下一代戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)即智能電源1C產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)最佳發(fā)明。
[0017]以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:包括由氧化膜形成的P型襯底；在所述P型襯底上形成的η-漂移區(qū)；在所述η-漂移區(qū)上形成兩個(gè)陽(yáng)極、一個(gè)陰極和一個(gè)柵極；在所述兩個(gè)陽(yáng)極之間形成的Ρ+漂移區(qū)和η+緩沖區(qū)，在所述陽(yáng)極和陰極之間形成的Ρ+分流器結(jié)構(gòu)；在所述陰極和柵極之間構(gòu)成η+陰極區(qū)、ρ+陰極區(qū)和ρ-基區(qū)。2.如權(quán)利要求1所述的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:所述η-漂移區(qū)外延生長(zhǎng)形成于所述Ρ型襯底的正面。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管，包括由氧化膜形成的p型襯底；在所述p型襯底上形成的n-漂移區(qū)；在所述n-漂移區(qū)上形成兩個(gè)陽(yáng)極、一個(gè)陰極和一個(gè)柵極；在所述兩個(gè)陽(yáng)極之間形成的p+漂移區(qū)和n+緩沖區(qū)，在所述陽(yáng)極和陰極之間形成的p+分流器結(jié)構(gòu)；在所述陰極和柵極之間構(gòu)成n+陰極區(qū)、p+陰極區(qū)和p-基區(qū)。本發(fā)明公開(kāi)的分流器結(jié)構(gòu)型橫向溝槽電極絕緣柵雙極型晶體管，加大了閂鎖電流密度，使擊穿電壓高出現(xiàn)有的通用橫向溝槽絕緣柵雙極型晶體管的擊穿電壓，并可使用更高的電流密度和正向電壓，獲得更好的效果。
【IPC分類(lèi)】H01L21/331, H01L29/06, H01L29/739
【公開(kāi)號(hào)】CN105405874
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510636335
【發(fā)明人】趙喜高
【申請(qǐng)人】深圳市可易亞半導(dǎo)體科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月30日