1.一种横向绝缘栅双极晶体管,包括自下而上依次设置的第二导电类型半导体衬底(1)、隔离介质层(2)、第一导电类型半导体漂移区(3);以三维直角坐标系对器件的三维方向进行定义:定义器件横向方向为x轴方向、器件垂直方向为y轴方向、器件纵向方向即第三维方向为z轴方向;沿z轴方向,第一导电类型半导体漂移区(3)的上层两端分别设置有集电极结构和发射极结构;所述集电极结构包括第一导电类型半导体缓冲区(4),嵌入设置在第一导电类型半导体缓冲区(4)上层的第二导电类型半导体集电区(5)和位于第二导电类型半导体集电区(5)上表面的第一金属化集电极(6),所述第二导电类型半导体集电区(5)位于第一导电类型半导体缓冲区(4)上层远离发射极结构的一侧,且第二导电类型半导体集电区(5)的上表面与第一导电类型半导体缓冲区(4)的上表面齐平;所述发射极结构包括第一导电类型半导体电荷存储区(15)、嵌入设置在第一导电类型半导体电荷存储区(15)上层的第二导电类型半导体基区(7)、并列嵌入设置在第二导电类型半导体基区(7)上层的第一导电类型半导体发射区(8)和第二导电类型半导体发射区(9),第一导电类型半导体发射区(8)和第二导电类型半导体发射区(9)的上表面具有第一金属化发射极(10),所述第一导电类型半导体发射区(8)和第二导电类型半导体发射区(9)是沿x轴方向并列设置,第二导电类型半导体基区(7)、第一导电类型半导体发射区(8)和第二导电类型半导体发射区(9)位于远离集电极结构的一侧;沿x轴方向,发射极结构位于第一导电类型半导体漂移区(3)上层的一端;其特征在于:
沿x轴方向,发射极结构的侧面即第一导电类型半导体漂移区(3)上层的另一端具有第一沟槽栅结构,沿z轴方向,第一沟槽栅结构的宽度大于发射极结构的宽度,沿y轴方向,第一沟槽栅的深度大于发射极结构的深度,第一沟槽栅结构包括第二发射极(12)和将第二发射极(12)与第一导电类型半导体漂移区(3)和发射极结构隔离的第一栅介质层(11);第一沟槽栅结构内部靠近发射极结构的一侧还设置有第二沟槽结构,第二沟槽结构包括第一栅电极(14)和将第一栅电极(14)与第二发射极(12)和发射极结构隔离的的第二栅介质层(13),沿z轴方向,第二沟槽结构的宽度大于发射极结构的宽度,第二沟槽栅的深度大于第二导电类型半导体基区(7)的结深;第二栅介质层(13)侧壁的厚度小于第一栅介质层(11)侧壁的厚度;第一栅电极(14)的深度大于第二导电类型半导体基区(7)的结深,且小于第一导电类型半导体电荷存储区(15)的结深;第二发射极(12)的深度大于第一导电类型半导体电荷存储区(15)的结深;第一导电类型半导体电荷存储区(15)的掺杂浓度大于第一导电类型半导体漂移区(3)的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的一种横向绝缘栅双极晶体管,其特征在于:在第一沟槽栅结构中的底部及第一沟槽栅结构靠近集电极结构的一侧具有第二导电类型半导体屏蔽层(16),第二导电类型半导体屏蔽层(16)的掺杂浓度高于第一导电类型半导体漂移区(3)的掺杂浓度;在第二导电类型半导体基区(7)上表面设置有第三栅介质层(131),第三栅介质层(131)沿z轴方向延伸到第一导电类型半导体电荷存储区(15)的上表面;第三栅介质层(131)上方设置有第二栅电极(141)。
3.根据权利要求1所述的一种横向绝缘栅双极晶体管,其特征在于:第一栅电极(14)和第二栅介质层(13)沿z轴方向超出第一导电类型半导体发射区(8)的部分,沿x轴方向向远离第二发射极(12)的一侧延伸直至贯穿第一导电类型半导体漂移区(3)到元胞边界。
4.根据权利要求1或3所述的一种横向绝缘栅双极晶体管,其特征在于:在第一沟槽栅结构中第一栅介质层(11)的垂直方向底部设置有第二导电类型半导体屏蔽层(16);第二导电类型半导体发射区(9)在纵向方向靠近第一栅电极(14)的一侧设置第一导电类型半导体发射区(81);第一导电类型半导体发射区(81)与第二栅介质层(13)、第二导电类型半导体基区(7)和第一金属化发射极(10)接触。
5.根据权利要求4所述的一种横向绝缘栅双极晶体管,其特征在于:第一沟槽栅结构沿z轴方向超出第二沟槽结构的部分,沿x轴方向,沿第二沟槽的侧壁延伸直至贯穿第一导电类型半导体漂移区(3)到元胞边界;沿z轴方向,第一沟槽栅结构靠近集电极结构的一侧还具有第一导电类型半导体掺杂区(17)。
6.根据权利要求1或5所述的一种横向绝缘栅双极晶体管,其特征在于:在第一导电类型半导体掺杂区(17)和第一导电类型半导体缓冲区(4)之间的第一导电类型半导体漂移区(3)中还设置有第二导电类型半导体埋层(18);第二导电类型半导体埋层(18)的掺杂浓度大于第一导电类型半导体漂移区(3)的掺杂浓度;第二导电类型半导体埋层(18)的结深小于第一栅介质层(11)的深度。
7.根据权利要求6所述的一种横向绝缘栅双极晶体管,其特征在于:在第一导电类型半导体漂移区(3)的上层沿z轴方向靠近第一导电类型半导体掺杂区(17)的一侧设置有第二导电类型半导体掺杂区(19);第一导电类型半导体掺杂区(17)嵌入设置在第二导电类型半导体掺杂区(19)的内部,第二导电类型半导体掺杂区(19)的掺杂浓度大于第一导电类型半导体漂移区(3)的掺杂浓度,且小于第一导电类型半导体掺杂区(17)的掺杂浓度。
8.根据权利要求1所述的一种横向绝缘栅双极晶体管,其特征在于:第一导电类型半导体为n型半导体,第二导电类型半导体为p型半导体;或者第一导电类型半导体为p型半导体,第二导电类型半导体为n型半导体。
9.一种横向沟槽型绝缘栅双极晶体管的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选取背衬底为第二导电类型半导体衬底区(1)、介质层为隔离介质层(2),顶层为第一导电类型半导体漂移区(3)的基片;
步骤2:在半导体基片表面生长一层预氧,后通过光刻、离子注入在第一导电类型半导体漂移区(3)上注入第一导电类型杂质并退火,形成第一导电类型半导体电荷存储层(15);
步骤3:在半导体基片表面生长一层预氧,后通过光刻、离子注入在第一导电类型半导体电荷存储层(15)上注入第二导电类型杂质并退火,形成第二导电类型半导体基区(7);
步骤4:在半导体基片表面生长一层预氧,后通过光刻、离子注入在第一导电类型半导体漂移区(3)注入第一导电类型杂质并退火,形成第一导电类型半导体缓冲区(4)。
步骤5:在器件表面淀积保护层,通过光刻和刻蚀工艺形成沟槽;
步骤6:通过氧化、淀积和刻蚀工艺形成第一沟槽结构,包括隔离介质层(11)和第二发射极(12);
步骤7:在器件表面淀积低应力保护层,通过光刻和刻蚀工艺在第一沟槽内形成沟槽;
步骤8:通过氧化、淀积和刻蚀工艺形成第二沟槽结构,包括隔离介质层(13)和第一栅电极(14);
步骤9:剥离刻蚀第二沟槽时淀积的低应力保护层;
步骤10:通过光刻、离子注入第一导电类型杂质在第二导电类型半导体基区(7)上方形成第一导电类型半导体发射区(8),然后通过光刻、离子注入第二导电类型杂质形成在水平方向与第一导电类型半导体发射区(8)并排设置的第二导电类型半导体发射区(9);
步骤11:通过光刻、离子注入第二导电类型杂质在第一导电类型半导体缓冲区(4)上方形成第二导电类型半导体集电区(5),并退火;
步骤12:在器件表面淀积金属,并采用光刻、刻蚀工艺在第一导电类型半导体发射区(8)和第二导电类型半导体发射区(9)上表面形成发射极金属(10);在第二导电类型半导体集电区(5)上表面形成集电极金属(6)。