一种绝缘栅双极晶体管的制作方法

文档序号:14965607发布日期:2018-07-18 02:19阅读:168来源:国知局

本实用新型涉及半导体器件领域,特别涉及一种绝缘栅双极晶体管。



背景技术:

绝缘栅双极晶体管是目前高压、大电流领域核心功率半导体器件之一。为了不断改善器件特性,实现器件的最佳参数性能,减小器件导通态饱和压降是最主要的优化努力方向之一。

但本申请实用新型人在实现本申请实施例中实用新型技术方案的过程中,发现上述技术至少存在如下技术问题:

现有技术中的绝缘栅双极晶体管载流子存储层技术浓度提高后,导致绝缘栅双极晶体管耐压降低。



技术实现要素:

本申请实施例通过提供一种绝缘栅双极晶体管,解决了现有技术中的绝缘栅双极晶体管载流子存储层技术浓度提高后,导致绝缘栅双极晶体管耐压降低的技术问题,达到了在大幅度降低导通压降同时,能够维持原有的耐压能力,从而全面提升器件的各项参数能力的技术效果。

鉴于上述问题,提出了本申请实施例以便提供一种克服上述问题的一种绝缘栅双极晶体管,包括:N+发射极,Pwell区域,所述Pwell区域位于所述 N+发射极的下方,其中所述Pwell区域中设置有第一槽栅和第二槽栅;N漂移区,所述N漂移区位于所述Pwell区域的下方;载流子存储层,所述载流子存储层位于所述Pwell区域的下方,且,所述载流子存储层设置在所述第一槽栅和所述第二槽栅之间;P注入层,所述P注入层位于所述第一槽栅和所述第二槽栅的下方,其中,所述晶体管还包括:在无圆胞区域引入肖特基接触的空穴阻挡结构。

优选的,所述晶体管还包括:所述P注入层形成接地电势。

优选的,所述晶体管还包括:所述肖特基接触与N+发射极的金属连接,形成接地。

优选的,所述晶体管还包括:在所述无圆胞区域所对应N+发射极中,所述N+发射极包括第一氧化层和第二氧化层,其中,所述第一氧化层和第二氧化层之间为与所述肖特基接触的金属。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:

1.本申请实施例提供的一种绝缘栅双极晶体管,通过N+发射极,Pwell 区域,所述Pwell区域位于所述N+发射极的下方,其中所述Pwell区域中设置有第一槽栅和第二槽栅;N漂移区,所述N漂移区位于所述Pwell区域的下方;载流子存储层,所述载流子存储层位于所述Pwell区域的下方,且,所述载流子存储层设置在所述第一槽栅和所述第二槽栅之间;P注入层,所述P 注入层位于所述第一槽栅和所述第二槽栅的下方,其中,所述晶体管还包括:在无圆胞区域引入肖特基接触的空穴阻挡结构。解决了现有技术中的绝缘栅双极晶体管载流子存储层技术浓度提高后,导致绝缘栅双极晶体管耐压降低的技术问题,达到了在大幅度降低导通压降同时,能够维持原有的耐压能力,从而全面提升器件的各项参数能力的技术效果。

2.本申请实施例通过所述P注入层形成接地电势,进一步达到了对高浓度N型载流子存储层实现屏蔽效果,故也不需要选择选择过高的P注入区域浓度,不会对电子注入带来影响的技术效果。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述,为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种绝缘栅双极晶体管的结构示意图。

附图标号说明:N+发射极1,第一氧化层11,第二氧化层12,Pwell区域2,第一槽栅21,第二槽栅22,N漂移区3,载流子存储层4,P注入层5,空穴阻挡结构6。

具体实施方式

本申请实施例提供的一种绝缘栅双极晶体管,解决了现有技术中的绝缘栅双极晶体管载流子存储层技术浓度提高后,导致绝缘栅双极晶体管耐压降低的技术问题。

本申请实施例中的技术方案,总体方法如下:通过N+发射极,Pwell区域,所述Pwell区域位于所述N+发射极的下方,其中所述Pwell区域中设置有第一槽栅和第二槽栅;N漂移区,所述N漂移区位于所述Pwell区域的下方;载流子存储层,所述载流子存储层位于所述Pwell区域的下方,且,所述载流子存储层设置在所述第一槽栅和所述第二槽栅之间;P注入层,所述P注入层位于所述第一槽栅和所述第二槽栅的下方,其中,所述晶体管还包括:在无圆胞区域引入肖特基接触的空穴阻挡结构。达到了在大幅度降低导通压降同时,能够维持原有的耐压能力,从而全面提升器件的各项参数能力的技术效果。

下面将详细地描述本公开的示例性实施例。虽然本申请公开了一种或几种示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

本申请实施例提供的一种绝缘栅双极晶体管,绝缘栅双极晶体管 (Insulate-Gate Bipolar Transistor-IGBT)简称IGBT,综合了电力晶体管 (Giant Transistor-GTR)和电力场效应晶体管(Power MOSFET)的优点,具有良好的特性,应用领域很广泛;IGBT也是三端器件:栅极,集电极和发射极。 IGBT是MOS结构双极器件,属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器(逆变器)、照相机的频闪观测器、感应加热(Induct ionHeating)电饭锅等领域。如图1所示,所述晶体管包括:

N+发射极1;

具体而言,N+发射极1、Pwell2、N漂移区3形成场效应管(Field Effect Transistor缩写(FET)。IGBT结构在底部增加P+结构,实现空穴注入,形成两种极性的载流子导通,即多数载流子(电子)和反极性的少数载流子(空穴)参与导电,因此称为双极型晶体管,而电子导电是由栅极控制,故称为绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor-IGBT)。

Pwell区域2,所述Pwell区域2位于所述N+发射极1的下方,其中所述 Pwell区域2中设置有第一槽栅21和第二槽栅22;

具体而言,所述Pwell区域2即P阱区域,半导体一般可分为本征半导体,N型半导体以及P型半导体分别代表无杂质掺杂,掺杂N型杂质(P,As) 和掺杂P型杂质(B,Ga).如果在N型衬底上扩散P型区,就叫做P阱区;如果在P型衬底上扩散N型区,就叫做N阱区;所述Pwell区域2位于所述N+发射极1的下方,其中,在所述Pwell区域2内部设置有所述第一槽栅21和第二槽栅22,由于本申请实施例提供的绝缘栅双极晶体管是基于采用载流子存储层结构和P注入结构的槽栅型绝缘栅双极晶体管完成的,所以,本申请提供的绝缘栅双极晶体管的Pwell区域2中设置有第一槽栅21和第二槽栅22。

N漂移区3,所述N漂移区3位于所述Pwell区域2的下方;

具体而言,由于P型区和N型区两边的载流子性质及浓度均不相同,P型区的空穴浓度大,而N型区的电子浓度大,于是在交界面处产生了扩散运动。 P型区的空穴向N型区扩散,因失去空穴而带负电;而N型区的电子向P型区扩散,因失去电子而带正电,这样在P区和N区的交界处形成了一个电场(称为内电场)。在内电场的作用下,电子将从P区向N区作漂移运动,空穴则从N区向P区作漂移运动。在电子进行漂移运动的区域称之为漂移区,所述N 漂移区3位于所述Pwell区域2的下方。IGBT结构中低掺杂的N漂移区主要用于支撑高耐压,在导通时由于载流子大量注入形成电导调制效果,从而可以降低导通压降。

载流子存储层4,所述载流子存储层4位于所述Pwell区域2的下方,且,所述载流子存储层4设置在所述第一槽栅21和所述第二槽栅22之间;

具体而言,电流载体,称载流子。在物理学中,载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒,如电子和离子。在半导体物理学中,电子流失导致共价键上留下的空位被视为载流子。通过在所述Pwell区域2下方注入一定浓度的N型载流子存储层,且,所述载流子存储层4设置在所述第一槽栅21 和所述第二槽栅22之间,阻挡导通态时的空穴流动,这种方法能够实现较好的电导调制效果,降低器件导通态饱和压降。

P注入层5,所述P注入层5位于所述第一槽栅21和所述第二槽栅22的下方,所述P注入层形成接地电势。

具体而言,在所述第一槽栅21和所述第二槽栅22的下方分别注入P,形成P注入层5,于P型结构的浓度能够补偿高浓度N型载流子存储层,能够达到使N型载流子存储层选择浓度可以提高一个数量级别,同时不会带来耐压能力的退化情况,同时P注入区域由肖特基接触形成接地电势,从而改善器件特性。

其中,所述晶体管还包括:在无圆胞区域引入肖特基接触的空穴阻挡结构6;所述肖特基接触与N+发射极的金属连接,形成接地。

进一步的,所述晶体管还包括:在所述无圆胞区域所对应N+发射极1中,所述N+发射极1包括第一氧化层11和第二氧化层12,其中,所述第一氧化层11和第二氧化层12之间为与所述肖特基接触的金属。

具体而言,在所述晶体管无圆胞区域引入肖特基接触的空穴阻挡结构6。肖特基结构由于对空穴的势垒作用,对空穴形成阻挡效果,器件在导通态时,非圆胞区的肖特基结构与N+发射极1金属连接接地,因此可以实现P注入层 5的接地电势设计,此时由于接地电势作用,器件圆胞结构中相邻两个P注入层5在较低的浓度下就能够很容易的实现相互耗尽,形成了屏蔽结构作用,所述晶体管设计可以选择的N型载流子存储层4浓度能够高于现有技术中的选择,同时达到不影响耐压能力的技术效果。

实施例二

为了更加清楚的阐述一种绝缘栅双极晶体管,本申请实施例还提供了一种绝缘栅双极晶体管的工作原理,下面对一种绝缘栅双极晶体管的工作原理进行详细说明。

本申请所述的绝缘栅双极晶体管在导通态时,非圆胞区的肖特基结构与 N+发射极1金属连接接地,因此可以实现P注入层5的接地电势设计,此时由于接地电势作用,器件圆胞结构中相邻两个P注入层5在较低的浓度下就能够很容易的实现相互耗尽,形成了屏蔽结构作用,所述的绝缘栅双极晶体管设计可以选择的N型载流子存储层4浓度能够高于现有技术中的选择,同时达到不影响耐压能力的技术效果;因为所述的绝缘栅双极晶体管是利用P 注入层5接地电势对高浓度N型载流子存储层4实现屏蔽效果,故也不需要选择选择过高的P注入层5浓度,不会对电子注入带来影响。新型结构由于接地屏蔽作用不会由于高浓度的载流子存储层无法耗尽而导致器件的耐压退化,因此N型载流子存储层4可以选择采用很高的浓度,其浓度选择高于现有技术中的设计。此时载流子存储层4可以阻挡几乎所有的空穴流动,有效的增强了电导调制效应。此外,非圆胞区域的肖特基接触结构尽管与N+发射极1连接接地,但是在器件导通态时,由于肖特基接触势垒对空穴有效的阻挡作用,空穴也很难从该接触位置流出。所以本申请所述的晶体管在导通态实现绝大部分空穴均被阻挡,从而帮助器件的导通饱和压降逼近理论极限,并且器件的耐压能力不会受到影响。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:

1.本申请实施例提供的一种绝缘栅双极晶体管,通过N+发射极,Pwell 区域,所述Pwell区域位于所述N+发射极的下方,其中所述Pwell区域中设置有第一槽栅和第二槽栅;N漂移区,所述N漂移区位于所述Pwell区域的下方;载流子存储层,所述载流子存储层位于所述Pwell区域的下方,且,所述载流子存储层设置在所述第一槽栅和所述第二槽栅之间;P注入层,所述P 注入层位于所述第一槽栅和所述第二槽栅的下方,其中,所述晶体管还包括:在无圆胞区域引入肖特基接触的空穴阻挡结构。解决了现有技术中的绝缘栅双极晶体管载流子存储层技术浓度提高后,导致绝缘栅双极晶体管耐压降低的技术问题,达到了在大幅度降低导通压降同时,能够维持原有的耐压能力,从而全面提升器件的各项参数能力的技术效果。

2.本申请实施例通过所述P注入层形成接地电势,进一步达到了对高浓度N型载流子存储层实现屏蔽效果,故也不需要选择选择过高的P注入区域浓度,不会对电子注入带来影响的技术效果。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然,本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样,倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内,则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制,尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

本申请实施例提供的一种区域确定方法和装置由于采用了通过获得第一面积周边的,与其距离最近的各条道路,并且根据各条道路的位置关系的相互限制,从而获得所述第一区域的具体位置,解决了现有技术中利用数据库中的预设区域与目标区域的重合度而导致的定位不准确的问题,进而达到了能够精准获得目标具体位置的技术效果。

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