專利名稱：絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造及設(shè)計領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種絕緣柵雙極型晶體管的制造。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極型晶體管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)是場效應晶體管(MOSFET)和雙極型晶體管(BJT)相結(jié)合的產(chǎn)物。其主體部分與BJT相同，也有集電極和發(fā)射極，而控制極的結(jié)構(gòu)卻與MOSFET相同，是絕緣柵結(jié)構(gòu)，也稱為柵極。絕緣柵雙極型晶體管兼有MOS晶體管的高輸入阻抗和BJT的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。
圖I示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)。如圖I所示，一般，絕緣柵雙極型晶體管包括發(fā)射極I (例如是P型發(fā)射區(qū))、集電極2 (例如P型集電區(qū))以及柵極5 ;其中，發(fā)射極I和集電極2之間布置了漂移區(qū)3 (例如是N型漂移區(qū))和緩沖區(qū)4。P型發(fā)射區(qū)I與N型漂移區(qū)3之間存在第一個PN結(jié)(即N型摻雜濃度等于P型摻雜濃度)，N型漂移區(qū)3與P型集電區(qū)2之間存在第二個PN結(jié)；P型發(fā)射區(qū)I與MOSFET的源極之間存在第三個PN結(jié)。擊穿電壓(Breakdown Voltage，BV)是絕緣柵雙極型晶體管的一個重要的電參數(shù)。具體地說，擊穿電壓的定義為在襯底底端加正電壓由O至高進行掃描，當電流倍增時的電壓值(電流一般達到le-5A/cm2)，即稱為該器件的擊穿電壓，其中在襯底加正電壓時，最下端的第一個PN結(jié)正向?qū)ǎ上轮辽系牡诙€PN結(jié)反向耗盡，其實絕緣柵雙極型晶體管的擊穿電壓即為該第二個PN結(jié)的反向擊穿電壓。但是，現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管無法在保證關(guān)態(tài)的擊穿電壓BV特性以及導通壓降特性不會退化的情況下有很快的切換速度。因此，希望提供一種能夠在保證關(guān)態(tài)的擊穿電壓BV特性以及導通壓降特性不會退化的情況下改善切換速度的絕緣柵雙極型晶體管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠在保證關(guān)態(tài)的擊穿電壓BV特性和導通壓降特性不會退化的情況下改善切換速度的絕緣柵雙極型晶體管。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種絕緣柵雙極型晶體管，其包括集電極、漂移區(qū)、緩沖區(qū)、發(fā)射極以及柵極，其中所述發(fā)射區(qū)與所述漂移區(qū)之間形成了第一個PN結(jié)，所述漂移區(qū)與所述集電區(qū)之間形成了第二個PN結(jié)，所述發(fā)射區(qū)與所述MOSFET的源極之間形成了第三個PN結(jié)；并且其中，所述緩沖區(qū)包括第一摻雜區(qū)域和第二摻雜區(qū)域，其中所述第一摻雜區(qū)域的摻雜濃度小于所述第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度，并且所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域在所述緩沖區(qū)中交錯布置。
優(yōu)選地，所述集電極是P型集電極；所述漂移區(qū)是N型漂移區(qū)；所述發(fā)射極是P型集發(fā)射極。
優(yōu)選地，所述集電區(qū)中摻雜了濃度為lel9的硼摻雜。
優(yōu)選地，所述第一摻雜區(qū)域的摻雜濃度為lel7，所述第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度為lel8。本發(fā)明提供了一種能夠在保證關(guān)態(tài)的擊穿電壓特性以及導通壓降特性不會退化的情況下改善切換速度的絕緣柵雙極型晶體管。


結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中圖I示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)。圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)。圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管的測試電路。圖4示意性地示出了對根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管以及根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管的模擬測試結(jié)果。需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進行詳細描述。圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管同樣包括發(fā)射極I (例如是P型發(fā)射區(qū))、集電極2 (例如P型集電區(qū)，例如濃度為lel9的硼摻雜)以及柵極5 ;其中，發(fā)射極I和集電極2之間布置了漂移區(qū)3 (例如是N型漂移區(qū))和緩沖區(qū)。發(fā)射區(qū)I與漂移區(qū)3之間形成了第一個PN結(jié)(例如，N型摻雜濃度等于P型摻雜濃度)，漂移區(qū)3與集電區(qū)2之間形成了第二個PN結(jié)；發(fā)射區(qū)I與MOSFET的源區(qū)之間形成了第三個PN結(jié)。但是，與圖I所示的現(xiàn)有技術(shù)不同的是，在圖I所示的現(xiàn)有技術(shù)中，緩沖區(qū)4是一個均勻摻雜的摻雜層，例如摻雜成N型的緩沖區(qū)4 ;相反，根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管的緩沖區(qū)包括兩種摻雜區(qū)域第一摻雜區(qū)域41和第二摻雜區(qū)域42，其中第一摻雜區(qū)域41的摻雜濃度小于第二摻雜區(qū)域42的摻雜濃度，并且第一摻雜區(qū)域41和第二摻雜區(qū)域42在緩沖區(qū)中交錯布置。在一個優(yōu)選實施例中，第一摻雜區(qū)域41的摻雜濃度為lel7，第二摻雜區(qū)域42的摻雜濃度為lel8。進一步地，可對根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管以及根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管進行模擬測試。圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管的模擬測試電路。
如圖3所示，絕緣柵雙極型晶體管的柵極5上施加電壓范圍為OV至IOV的柵極電壓Vg，發(fā)射極I接地，集電極2通過電阻Rl連接至電壓大小為200V的集電電壓Ne。圖4示意性地示出了利用圖3所示的測試電路對根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管以及根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管的模擬測試結(jié)果。其中，橫坐標表示時間，縱坐標表示流經(jīng)絕緣柵雙極型晶體管的電流。
其中的第一曲線Cl示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管的特性。其中的第二曲線C2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管的集電區(qū)中摻雜了濃度為lel9的硼摻雜、第一摻雜區(qū)域41的摻雜濃度為lel7、第二摻雜區(qū)域41的摻雜濃度為lel8的情況下的特性。如圖4中上方橢圓所標識的區(qū)域所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管的由關(guān)態(tài)至開態(tài)的切換損耗改善了將近59%，如圖4中下方橢圓所標識的區(qū)域所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管的由開態(tài)至關(guān)態(tài)的切換損耗改善了將近51%。這是通過利用增大了摻雜濃度的第二摻雜區(qū)域41來吸引漂移區(qū)中的殘存的空穴來實現(xiàn)的。另一方面，通過測試，根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極型晶體管的導通壓降和擊穿電壓與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管相比并未衰退。可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種絕緣柵雙極型晶體管，其包括集電極、漂移區(qū)、緩沖區(qū)、發(fā)射極以及柵極，其中所述發(fā)射區(qū)與所述漂移區(qū)之間形成了第一個PN結(jié)，所述漂移區(qū)與所述集電區(qū)之間形成了第二個PN結(jié)，所述發(fā)射區(qū)與所述場效應晶體管(MOSFET)的源區(qū)之間形成了第三個PN結(jié)；其特征在于，所述緩沖區(qū)包括第一摻雜區(qū)域和第二摻雜區(qū)域，其中所述第一摻雜區(qū)域的摻雜濃度小于所述第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度，并且所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域在所述緩沖區(qū)中交錯布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述集電極是P型集電極；所述漂移區(qū)是N型漂移區(qū)；所述發(fā)射極是P型集發(fā)射扱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述集電區(qū)中摻雜了濃度為lel9的硼摻雜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述第一摻雜區(qū)域的摻雜濃度為lel7，所述第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度為lel8。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明提供的絕緣柵雙極型晶體管包括集電極、漂移區(qū)、緩沖區(qū)、發(fā)射極以及柵極，其中所述發(fā)射區(qū)與所述漂移區(qū)之間形成了第一個PN結(jié)，所述漂移區(qū)與所述集電區(qū)之間形成了第二個PN結(jié)，所述發(fā)射區(qū)與所述場效應晶體管的源區(qū)之間形成了第三個PN結(jié)；并且其中，所述緩沖區(qū)包括第一摻雜區(qū)域和第二摻雜區(qū)域，其中所述第一摻雜區(qū)域的摻雜濃度小于所述第二摻雜區(qū)域的摻雜濃度，并且所述第一摻雜區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)域在所述緩沖區(qū)中交錯布置。本發(fā)明提供了一種能夠在保證關(guān)態(tài)的擊穿電壓特性以及導通壓降特性不會退化的情況下改善切換速度的絕緣柵雙極型晶體管。
文檔編號H01L29/06GK102637724SQ20121009354
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者唐樹澍, 茍鴻雁 申請人:上海宏力半導體制造有限公司