绝缘栅极双极性晶体管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明实施例是有关于一种绝缘栅极双极性晶体管及其制造方法，特别是有关于一种改善闩锁现象(Latch-up)的绝缘栅极双极性晶体管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]目前电源管理集成电路(powermanagement integrated circuit, PMIC)最常应用绝缘栅极双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)作为开关元件。IGBT结合了金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)的驱动电流小及快速切换的特性与双极性晶体管(BJT)的耐高电流与导通电阻小特性。半导体产业持续地发展低关闭损耗(turn-off loss)及低导通电压(on-voltage,Vce on)的IGBT。然而，现有技术的IGBT的导通电压与关闭损耗之间难以权衡。当降低IGBT的导通电压时，会增加IGBT的关闭损耗。反之，当降低IGBT的关闭损耗时，会增加IGBT的导通电压。
[0003]IGBT在集极与射极之间有一个寄生PNPN晶体闸流管(thyristors)。当晶体闸流管导通时，会使集极与射极之间的电流量增加，对等效M0SFET的控制能力降低，通常还会引起器件击穿问题。上述晶体闸流管导通现象被称为闩锁现象。
[0004]因此，在此技术领域中，有需要一种新颖的绝缘栅极双极性晶体管及其制造方法，以改善上述缺点。
【发明内容】
[0005]本发明实施例的目的在于提供一种绝缘栅极双极性晶体管，以改善闩锁现象。
[0006]本发明的一实施例提供一种绝缘栅极双极性晶体管。上述绝缘栅极双极性晶体管包括一主体，具有一顶面和一底面；一漂移区，位于上述主体内，且接近于上述主体的上述顶面，其中上述漂移区具有一第一导电类型；一集极区，从上述主体的上述底面延伸至部分上述主体中，其中上述集极区具有相对于上述第一导电类型的一第二导电类型；一第一栅极结构、一第二栅极结构和一第三栅极结构，位于上述漂移区上，且彼此隔开；一第一井区，位于上述漂移区上，且位于上述第一栅极结构和上述第二栅极结构之间，其中上述第一井区具有上述第二导电类型；一第二井区，位于上述漂移区上，且位于上述第一栅极结构和上述第三栅极结构之间，其中上述第二井区具有上述第二导电类型；一第一射极区，从上述主体的上述顶面延伸至上述第一井区中，其中上述第一射极区具有上述第一导电类型；一第二射极区，从上述主体的上述顶面延伸至上述第二井区中，其中上述第二射极区具有上述第一导电类型，其中上述第一射极区与上述第二射极区电连接，其中从上述第一射极区与上述第一井区之间沿一方向的一第一界面至上述第一井区与上述漂移区之间沿该方向的一第二界面的一第一距离不同于从上述第二射极区与上述第二井区之间沿该方向的一第三界面至上述第二井区与上述漂移区之间沿该方向的一第四界面的一第二距离。
[0007]本发明的另一实施例提供一种绝缘栅极双极性晶体管。上述绝缘栅极双极性晶体管包括一漂移区，具有一第一导电类型，上述漂移区具有一第一侧与相对于上述第一侧的一第二侧；一集极区，具有相对于上述第一导电类型的一第二导电类型，上述集极区位于上述漂移区的上述第一侧；一第一栅极结构、一第二栅极结构和一第三栅极结构，彼此隔开，其中上述第一栅极结构、上述第二栅极结构和上述第三栅极结构位于上述漂移区的上述第二侧；一第一井区，位于上述漂移区上，且位于上述第一栅极结构和上述第二栅极结构之间，其中上述第一井区具有上述第二导电类型；一第二井区，位于上述漂移区上，且位于上述第一栅极结构和上述第三栅极结构之间，其中上述第二井区具有上述第二导电类型；其中上述第一井区沿一方向的一第一长度大于上述第二井区沿上述方向的一第二长度。一第一射极区，位于上述第一井区中，其中上述第一射极区具有上述第一导电类型；一第二射极区，位于上述第二井区中，其中上述第二射极区具有上述第一导电类型，其中上述第一射极区与上述第二射极区电连接。
[0008]本发明的又一实施例提供一种绝缘栅极双极性晶体管的制造方法。上述绝缘栅极双极性晶体管的制造方法包括于一具有第一导电型掺杂的半导体层中掺杂一第二导电类型的掺质，以形成具有上述第二导电类型的一第一井区；于上述半导体层上定义一第一栅极结构、一第二栅极结构以及一第三栅极结构，其中上述第一井区位于上述第一栅极结构与上述第二栅极结构之间；于上述第一栅极结构与上述第三栅极结构之间的上述半导体层中掺杂上述第二导电类型的掺质，以形成具有上述第二导电类型的一第二井区，其中上述第一井区沿一方向的一第一长度大于上述第二井区沿上述方向的一第二长度；利用一掺杂方式，分别于上述第一井区与上述第二井区中形成一第一射极区与一第二射极区；于上述半导体层相对于上述第一井区与上述第二井区的一侧形成一集极区；其中，上述第一井区与第二井区分别与接触至少上述第一栅极结构、上述第二栅极结构与上述第三栅极结构之一，以于上述第一井区与上述第二井区中分别形成一第一半导体通道与一第二半导体通道。
【附图说明】
[0009]图1?6显示本发明一些实施例的绝缘栅极双极性晶体管的剖面示意图。
[0010]图7为本发明一些实施例的绝缘栅极双极性晶体管的制造工艺流程图。
[0011]符号说明:
[0012]500a ?500f ?IGBT ;
[0013]200 ?主体；
[0014]201 ?顶面；
[0015]202?漂移区；
[0016]203 ?底面；
[0017]204?缓冲区；
[0018]205、207 ?表面；
[0019]206?集极区；
[0020]208、208a、208b ?第一井区；
[0021]210、210a、210b ?第二井区；
[0022]212、212a、212b ?第二射极区；
[0023]214、214a、214b ?第一射极区；
[0024]216、216a、216b?第二射极接触区；
[0025]217、217a、217b ?第二沟槽；
[0026]218、218a、218b?第一射极接触区；
[0027]219、219a、219b ?第一沟槽；
[0028]220a?第一栅极沟槽；
[0029]220b?第二栅极沟槽；
[0030]220c?第三栅极沟槽；
[0031]222a、222b、222c、222d、222e、322a、322b、522a、522b、522c、522d、522e ?栅极绝缘层；
[0032]224a、224b、224c、224d、224e、324a、324b、524a、524b、524c、524d、524e ?栅极；
[0033]226a、326a、526a、626a ?第一極极结构；
[0034]226b、326b、526b、626b ?第二栅极结构；
[0035]226c、526c?第三栅极结构；
[0036]226d、526d?第四栅极结构；
[0037]226e、526e?第五栅极结构；
[0038]227a、227b、227c、227d、227e、327a、327b ?侧壁；
[0039]229a、229b、229c、229d、229e、329a、329b ?底面；
[0040]230、230a、230b、232、232a、232b、234、234a、234b、236、236a、236b、330、330a、330b、332、332a、332b、334、334a、334b、336、336a、336b ?界面；
[0041]240、242 ?方向；
[0042]246,246a,246b ?第二接触插塞；
[0043]248、248a、248b ?第一接触插塞；
[0044]250?介电层；
[0045]A1、A2、C1、C2 ?距离；
[0046]B1、B2、D1、D2 ?深度；
[0047]W1、W2 ?宽度。
【具体实施方式】
[0048]为了让本发明的目的、特征、及优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图示，做详细的说明。本发明说明书提供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各元件的配置为说明之用，并非用以限制本发明。且实施例中图示标号的部分重复，是为了简化说明，并非意指不同实施例之间的关联性。
[0049]本发明实施例提供一种绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)及其制造方法。本发明实施例的IGBT可为垂直式IGBT或水平式IGBT。在IGBT为垂直式IGBT的实施例中，在操作上述IGBT时，会在栅极结构和N型射极区之间施加一预定电压，而会于P型基极层中沿容纳栅极结构的栅极沟槽侧壁的位置形成通道(channel)。因此，IGBT的集极和射极会导通而使电流通过上述通道，且上述预定电压即集极-射极导通电压(collector-emitter turnon voltage (Vce (on)))。本发明实施例的IGBT于栅极结构的两侧分别设置不同深(宽)度的P型井区，以作为P型基极层。上述两个不同深(宽)度的P型井区会分别与设置于其上的N型射极区之间相距不同的垂直(水平)距离，使IGBT具有两种不同的通道长度。本发明实施例的IGBT的深度较浅(宽度较小)的P型井区(P型基极层)可进一步缩短从集极至射极的电流路径，以进一步降低IGBT的集极-射极导通电压。并且，本发明实施例的IGBT可提升击穿电压，降低关闭损耗且具有较佳的闩锁现象电流密度。
[0050]图1显示本发明一实施例的一 IGBT 500a的剖面示意图。在本实施例中，IGBT500a可视为一垂直式IGBT的单位晶胞(unit cell)。因此，可依设计周期性设置多个IGBT 500a以形成一 IGBT阵列(IGBT array)。在本发明一实施例中，可依设计重复设置同方向的单位晶胞(IGBT 500a)。在本发明另一实施例中，可依设计交错设置镜向前与镜向后的单位晶胞(IGBT 500a)，使其两两成对且彼此对称。请参考图1，IGBT500a可包括一主体200，其具有一顶面201和一底面203。
[0051]主体200内包括一漂移区202、一集极区206、一缓冲区204。漂移区202接近于上述主体200的顶面201，且漂移区202具有一第一导电类型。集极区206从上述主体200的底面203延伸至部分主体200中，且集极区206具有相对于上述第一导电类型的一第二导电类型。缓冲区204位于漂移区202和集极区206之间，且缓冲区204的两个彼此相对的表面205、207分别与漂移区202和集极区206接触，其中缓冲区204具有第一导电类型。在本发明一实施例中，可利用化学气相沉积法(CVD)或分子束外延法(MBE)形成漂移区202、集极区206和缓冲区204。在此实施例中，可采用一具有第二导电类型(例如P型)的基板，于此基板上以上述方式形成漂移区202及缓冲区204。值得注意的是，说明书描述的“第一导电类型”和“第二导电类型”互为相反的导电类型。举例来说，当“第一导电类型”为η型，则”第二导电类型”为Ρ型。或者，当“第一导电类型”为Ρ型，则“第二导电类型”为η型。在本发明一实施例中，“第一导电类型”为η型，而“第二导电类型”为ρ型。
[0052]如图1所示，IGBT 500a还包括一第一栅极结构226a、一第二栅极结构226b和一第三栅极结构226c (以下简称栅极结构226a?226c)，位于漂移区202上，且彼此隔开。栅极结构(第一栅极结构226a、第二栅极结构226b和第三栅极结构226c)电连接至栅极电极(Gate electrode) 0栅极结构(第一栅极结构226a、第二栅极结构226b和第三栅极结构226c)接近主体200的顶面201。IGBT 500a还包括一第一栅极沟槽2