超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體功率器件，特別是雙子導電功率器件的材料和結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，傳統(tǒng)的橫向雙子功率器件是通過利用大注入效應引入的大量空穴和電子來導電。例如最典型的橫向絕緣柵雙極型晶體管器件(LIGBT)，由于使用了雙子導電，所以其導通電阻小，導通壓降遠小于同等條件下的金屬氧化物半導體型器件(MOS)。盡管MOS器件使用多子導電，導致導通電阻較大，但其開關(guān)速度極為迅速;然而由于LIGBT利用了雙子導電，在功率器件關(guān)閉時漂移區(qū)中會存在大量的非平衡載流子，它們無法在短時間之內(nèi)被中和掉，這導致LIGBT器件在關(guān)斷過程后會有一個持續(xù)時間較長的陽極拖尾電流。人們開展了大量的工作來優(yōu)化這個陽極拖尾電流，例如經(jīng)典的陽極短路LIGBT【P.A.Gough，M.R.Simpson,and V.Rumenik，“Fast switching lateral insulated gate transistor,”in IEDM Tech.Dig.，1986，pp.218-221】，肖特基注入SINFET【J.K.0.Sin，C.A.T.Salama，L.Z.Hou, uThe SINFET - A Schottky inject1n MOS - gated device /' IEEETrans.Electron Devices , vol.ED-33, 1940，1986】，SiGe陽極 LIGBT【P.Li，Y.Q.Li ,andC.A.T.Salama,uA heterojunct1n bipolar transistor with a thina-Si emitter,”IEEE Trans.Electron Devices ,vol.41 ,n0.6,pp.932-935，Jun.1994】，等等。傳統(tǒng)解決方案大多都是通過削弱陽極的大注入效應，或者通過縮短載流子壽命來減小空穴的濃度，使得在器件從導通到關(guān)閉時，非平衡載流子也相應降低，從而縮短LIGBT拖尾電流的持續(xù)時間。然而，這些方案由于減小了空穴載流子的濃度，將導致器件導通時的電流密度降低，使得器件的導通損耗增大。此外，上述方案只能減小LIGBT在關(guān)閉時的非平衡載流子濃度而無法徹底消除，所以LIGBT的拖尾電流只能被削弱，無法被消除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管器件，能夠通過大幅度提高LIGBT導通時的載流子濃度來提高器件的導通電流密度。
[0004]本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是，能夠大幅提高開關(guān)速度并能徹底消除陽極拖尾電流。
[0005]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管，包括硅襯底I和設置于硅襯底I和埋氧18上方的漂移區(qū)2、溝道區(qū)3、歐姆接觸重摻雜區(qū)
4、陰極5、柵極介質(zhì)8、陽極引出線10、柵極11、陰極引出線12、陽極13，
[0006]漂移區(qū)2在陽極13與溝道區(qū)3之間的部分的上表面，設置有電場加強單元20，所述電場加強單元20用于產(chǎn)生一個從陽極13指向電場加強單元20下表面的電場；
[0007]電場加強單元20通過絕緣介質(zhì)6與漂移區(qū)2隔離。
[0008]所述電場單元20包括:
[0009]高阻導電區(qū)7，
[0010]與高阻導電區(qū)7連接，且處于高阻導電區(qū)7靠近陽極13的一側(cè)的加速柵極重摻雜區(qū)15，
[0011]與高阻導電區(qū)7連接，且處于高阻導電區(qū)7靠近溝道區(qū)3—側(cè)的接地摻雜區(qū)16，
[0012]與加速柵極重摻雜區(qū)15連接的加速柵極9，
[0013]與接地摻雜區(qū)16連接的接地電極17。
[0014]所述加速柵極重摻雜區(qū)15的材質(zhì)為N+型材料，接地摻雜區(qū)16的材質(zhì)為P型材料。
[0015]所述加速柵極重摻雜區(qū)15在漂移區(qū)2的上表面所在平面上的投影與陽極13在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影有重合。
[0016]接地摻雜區(qū)16在漂移區(qū)2的上表面所在平面上的投影與溝道區(qū)3在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影有重合。
[0017]所述電場加強單元20嵌入絕緣介質(zhì)6內(nèi)，絕緣介質(zhì)6將電場加強單元20與晶體管的其他部分隔咼。
[0018]本發(fā)明同傳統(tǒng)通過削弱LIGBT導通時載流子濃度來提高關(guān)閉速度的方法相左，本發(fā)明將利用外圍電場，通過大幅度提高LIGBT導通時的載流子濃度來徹底消除陽極拖尾電流并大幅提尚開關(guān)速度，所以本發(fā)明將實現(xiàn)LIGBT器件導通性能和開關(guān)性能的雙重提尚。
【附圖說明】
[0019]圖1是實施例1中器件的截面圖。
[0020]圖2是實施例2中器件的截面圖。
[0021 ]圖3是實施例3中器件的截面圖。
[0022]圖4是實施例4中器件的截面圖。
[0023]圖5是實施例5中器件的截面圖。
[0024]圖6是實施例6中器件的截面圖。
[0025]圖7是實施例7中器件的截面圖。
[0026]圖8是圖1中器件加速柵極重摻雜區(qū)15與陽極13投影重疊示意圖。
[0027]圖9是圖1中器件接地摻雜區(qū)16與溝道區(qū)3投影重疊示意圖。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明提供一種超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管，包括硅襯底I和設置于硅襯底I和埋氧18上方的漂移區(qū)2、溝道區(qū)3、歐姆接觸重摻雜區(qū)4、陰極5、柵極介質(zhì)8、陽極引出線10、柵極11、陰極引出線12、陽極13，漂移區(qū)2在陽極13與溝道區(qū)3之間的部分的上表面，設置有電場加強單元20，所述電場加強單元20用于產(chǎn)生一個從陽極13指向電場加強單元20下表面的電場，工作時，該電場在晶體管器件從柵極11收到關(guān)斷信號到器件完全關(guān)斷的過程中產(chǎn)生消除拖尾電流的作用;在晶體管器件導通時則將產(chǎn)生降低導通損耗的作用。
[0029]電場加強單元20通過絕緣介質(zhì)6與漂移區(qū)2隔離。
[0030]更具體的，本發(fā)明的超高速大電流橫向絕緣柵雙極型晶體管器件包括襯底1、漂移區(qū)2、陽極13、溝道區(qū)3、歐姆接觸重摻雜區(qū)4、陰極5、柵極11、柵極介質(zhì)8、陽極引出線10、陰極引出線12、緩沖區(qū)14，漂移區(qū)2、埋氧18、緩沖區(qū)14、陰極5為N型;襯底1、溝道區(qū)3、歐姆接觸重摻雜區(qū)4、陽極13為P型；設置電場加強單元20覆蓋于漂移區(qū)2、緩沖區(qū)14的表面的部分或全部，也可延伸至陽極13或溝道區(qū)3。
[0031]電場加強單元20通過絕緣介質(zhì)6與晶體管其他部分隔離，電場加強單元20包括高阻導電區(qū)7、加速柵極重摻雜區(qū)15、接地摻雜區(qū)16、加速柵極9、接地電極17。加速柵極重摻雜區(qū)15位于在高阻導電區(qū)7靠近陽極引出線10的部分，加速柵極9同加速柵極重摻雜區(qū)15直接接觸，接地摻雜區(qū)16位于高阻導電區(qū)7靠近柵極11的部分，接地電極17與接地摻雜區(qū)16直接接觸，接地摻雜區(qū)16和加速柵極重摻雜區(qū)15分別與柵極11和陽極引出線10隔離。加速柵極重摻雜區(qū)15靠近陽極的邊緣與陽極13在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影相切或部分重疊，接地摻雜區(qū)16在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影與溝道區(qū)3部分重疊或相切。絕緣介質(zhì)6的材質(zhì)可以使用傳統(tǒng)柵極介質(zhì)材料，也可以使用高介電常數(shù)材料，高阻導電區(qū)7的材質(zhì)可以使用輕摻雜單晶硅或多晶硅，其摻雜類型可為N型或P型，加速柵極重摻雜區(qū)15使用N型或P型重摻雜單晶或多晶硅，接地摻雜區(qū)16為N型或P型的中高濃度摻雜。
[0032]更具體的實施方式如下:
[0033]如圖1，2，3，4所示，包括襯底1、漂移區(qū)2、埋氧18、陽極13、溝道區(qū)3、歐姆接觸重摻雜區(qū)4、陰極5、柵極11、柵極介質(zhì)8、陽極引出線10、陰極引出線12、緩沖區(qū)14，漂移區(qū)2、緩沖區(qū)14、陰極5為N型;襯底1、溝道區(qū)3、歐姆接觸重摻雜區(qū)4、陽極13為P型;在漂移區(qū)2、緩沖區(qū)14表面設置有電場加強單元20也可延伸至陽極13或溝道區(qū)3。電場加強單元20通過絕緣介質(zhì)6與晶體管其他部分隔離，電場加強單元20包括高阻導電區(qū)7、加速柵極重摻雜區(qū)15、接地摻雜區(qū)16、加速柵極9、接地電極17。加速柵極重摻雜區(qū)15位于在高阻導電區(qū)7靠近陽極引出線10的部分，加速柵極9同加速柵極重摻雜區(qū)15直接接觸，接地摻雜區(qū)16位于高阻導電區(qū)7靠近柵極11的部分，接地電極17與接地摻雜區(qū)16直接接觸，接地摻雜區(qū)16和加速柵極重摻雜區(qū)15分別與柵極11和陽極引出線10隔離。加速柵極重摻雜區(qū)15靠近陽極的邊緣與陽極13在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影相切或部分重疊，接地摻雜區(qū)16在漂移區(qū)2上表面所在平面上的投影與溝道區(qū)3重疊或相切。
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