注入增强型绝缘栅双极型晶体管的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及功率半导体器件领域，主要是一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，包括p型集电极，所述p型集电极上设置有载流子扩散层，在所述载流子扩散层上纵向设置有多根沟槽，所述载流子扩散层上横向设置有多排p型活性区和p型非活性区，p型活性区和p型非活性区构成p型基区，呈条纹状；本申请的双极型晶体管中设置有条纹状周期分离性元胞结构，发射极对应形成分离状，使得空穴在发射极未形成覆盖的区域发生积累效应，从而提高沟槽附近区域的载流子浓度，进一步降低导通压降。
【专利说明】注入增强型绝缘栅双极型晶体管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及功率半导体器件领域，主要是一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管。
【背景技术】
[0002]绝缘栅双极型晶体管广泛应用于电力电子行业的核心控制领域，沟槽栅是该类产品的核心技术之一，其主要目的可以实现更大的电流密度和更小的导通压降，从而减小器件尺寸并降低功耗。传统的绝缘栅双极型晶体管在制造正面结构时(沟槽栅一面)，通常采用元胞区全覆盖的方式，该方式将导致器件在工作时空穴迅速溢出发射极，降低沟槽附近的区域载流子浓度较低，使得导通压降的降低受到限制。
[0003]现有技术中对双极型晶体管结构也进行了改进，如专利号为CN200920192176.6，申请日为2009-08-31，名称为“绝缘栅双极型晶体管”的实用新型专利，其技术方案为:本实用新型绝缘栅双极型晶体管，其包括在N-衬底表面进行低浓度的N-离子注入形成的衬底，形成在衬底表面的栅极氧化层，淀积在栅极氧化层上的多晶硅栅极，形成在栅极氧化层与N-衬底之间的p+阱区及位于p+阱区与栅极氧化层之间的N+阱区，位于N-衬底下方的背面注入区，位于注入区下方的集电极及位于栅极氧化层上方的发射极，在栅极氧化层下方的N-型衬底上增加了一个浓P型阱区；
[0004]再如专利申请号为CN201210333321.4，申请日为2012-09-11，名称为“一种集电极终端具有介质层的绝缘栅双极型晶体管”的发明专利，其技术方案为:一种集电极终端具有介质层的绝缘栅双极型晶体管，属于功率半导体器件和功率集成电路【技术领域】。本实用新型在传统的绝缘栅双极型晶体管结构的基础上，在器件终端集电极区域引入一层连续或不连续的介质层。
[0005]上述专利中，CN200920192176.6的栅极为平面型，CN201210333321.4的创新在于背面，即在集电极的终端对应位置引入一层介质层，而正面结构(沟槽栅一面)仍然为传统结构，所以仍然存在导通过程中的载流子浓度较低的问题。
实用新型内容
[0006]为解决现有的双极型晶体管的导通压降的降低受到限制，现在提出一种条纹状周期分离性元胞结构，发射极对应形成分离状，使得空穴在发射极未形成覆盖的区域发生积累效应，从而提高沟槽附近区域的载流子浓度的注入增强型绝缘栅双极型晶体管。
[0007]一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:包括P型集电极，所述P型集电极上设置有载流子扩散层，在所述载流子扩散层上纵向设置有多根沟槽，所述载流子扩散层上横向设置有多排P型活性区和P型非活性区，P型活性区和P型非活性区构成P型基区，呈条纹状；每排P型活性区包括多个独立的P型活性区，多个P型活性区之间被所述沟槽隔开，每排P型非活性区包括多个独立的P型非活性区，多个P型非活性区之间被所述沟槽隔开；所述每个P型活性区上设置有η型发射极，所述η型发射极呈H型。
[0008]所述每排P型活性区和P型非活性区间隔排布。
[0009]各排P型活性区之间至少间隔了一排P型非活性区。
[0010]所述η型发射极为重掺η型层。
[0011]所述载流子扩散层为轻掺η型层。
[0012]所述P型集电极和载流子扩散层之间设置有场截止层。
[0013]所述场截止层为重掺η型层。
[0014]所述每排P型活性区和P型非活性区的宽度为2um-20um，深度为2um_8um。
[0015]所述沟槽长度方向与多排P型活性区和P型非活性区的长度方向垂直。
[0016]所述沟槽包括有呈U型的薄层绝缘层，所述薄层绝缘层内为η型填充多晶硅。
[0017]所述薄层绝缘层包括氧化硅和氮化硅。
[0018]所述η型填充多晶硅内掺杂有磷或砷。
[0019]所述沟槽的宽度为0.5um-2um，深度为2um_8um，相邻沟槽之间的间距为2um_8um。
[0020]所述H型的发射极两侧边依靠有所述薄层绝缘层，所述两侧边的宽度分别为0.5um-3um,所述H型两侧边之间的宽度为0.5um-8um,所述H型的深度为0.lum-lum。
[0021]所述P型活性区的掺杂杂质为硼，深度为2um-8um。
[0022]所述P型非活性区的掺杂杂质为硼，深度为2um-8um。
[0023]所述P型集电极的掺杂杂质为硼，深度为0.lum-2um。
[0024]所述场截止层掺杂杂质包括磷、硒、质子、硫、砷或者缺陷掺杂，深度为2um-20um。
[0025]所述轻掺η型区掺杂为磷或砷，采用气掺或中照硅片。
[0026]所述P型活性区内设置有P型发射极。
[0027]所述P型发射极为重掺P型层。
[0028]本申请的优点在于:
[0029]1、本申请的双极型晶体管中设置有条纹状周期分离性元胞结构，发射极对应形成分离状，使得空穴在发射极未形成覆盖的区域发生积累效应，从而提高沟槽附近区域的载流子浓度，进一步降低导通压降。
[0030]2、本申请在沟槽栅一面，设置为为元胞区非全覆盖结构，并且本申请的栅极为沟槽型，与对比文件和现有技术的结构完全不同。
[0031]3、由于P型非活性区的存在，空穴将在P型非活性区下产生积累效应，从而提高发射极附近的载流子浓度，增强该区域的电导调制效应，减小导通电阻，从而降低导通压降。
[0032]4、本申请的“H”型发射极结构可以避免因光刻精度而导致的位置偏离，使得两侧的η型发射极连在一起。
[0033]5、本申请条纹状间隔排列的P型活性区和P型非活性区可以同时制备，因此不会增加工艺难度。
[0034]6、当各排P型活性区之间至少没有设置P型非活性区时，会导致关断过程中P型活性区的耗尽区扩散速度减慢，影响击穿电压，但是减小P型活性区的间距可以一定程度上解决该问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为本申请基本结构图。
[0036]图2为图1中B-B ’所在横截面图。
[0037]图3为相较图2增加了 P型发射极。
[0038]图4为图1中A-A ’所在横截面图。
[0039]图5为取消P型非活性区时的A-A’所在横截面图。
[0040]附图中:P型集电极101，场截止层102，载流子扩散层103，p型活性区1041，p型非活性区1042，η型发射极105，ρ型发射极106，薄层绝缘层201，沟槽202。
【具体实施方式】
[0041]实施例1
[0042]注入增强型绝缘栅双极型晶体管包括ρ型集电极101，所述ρ型集电极101上设置有载流子扩散层103，在所述载流子扩散层103上纵向设置有多根沟槽202，所述载流子扩散层103上横向设置有多排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042，ρ型活性区1041和P型非活性区1042构成ρ型基区，呈条纹状；每排ρ型活性区1041包括多个独立的ρ型活性区1041，多个ρ型活性区1041之间被所述沟槽202隔开，每排ρ型非活性区1042包括多个独立的P型非活性区1042，多个ρ型非活性区1042之间被所述沟槽202隔开；所述每个P型活性区1041上设置有η型发射极105，所述η型发射极105呈H型。
[0043]本申请的双极型晶体管中设置有条纹状周期分离性元胞结构，发射极对应形成分离状，使得空穴在发射极未形成覆盖的区域发生积累效应，从而提高沟槽202附近区域的载流子浓度，进一步降低导通压降。本申请在沟槽202栅一面，设置为为元胞区非全覆盖结构，并且本申请的栅极为沟槽202型，与对比文件和现有技术的结构完全不同。
[0044]实施例2
[0045]注入增强型绝缘栅双极型晶体管包括P型集电极101，所述ρ型集电极101上设置有载流子扩散层103，在所述载流子扩散层103上纵向设置有多根沟槽202，所述载流子扩散层103上横向设置有多排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042，ρ型活性区1041和P型非活性区1042构成ρ型基区，呈条纹状；每排ρ型活性区1041包括多个独立的ρ型活性区1041，多个ρ型活性区1041之间被所述沟槽202隔开，每排ρ型非活性区1042包括多个独立的P型非活性区1042，多个ρ型非活性区1042之间被所述沟槽202隔开；所述每个P型活性区1041上设置有η型发射极105，所述η型发射极105呈H型。
[0046]所述每排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042间隔排布。
[0047]各排ρ型活性区1041之间至少间隔了一排P型非活性区1042。
[0048]由于ρ型非活性区1042的存在，空穴将在ρ型非活性区1042下产生积累效应，从而提高发射极附近的载流子浓度，增强该区域的电导调制效应，减小导通电阻，从而降低导通压降。
[0049]本申请的双极型晶体管中设置有条纹状周期分离性元胞结构，发射极对应形成分离状，使得空穴在发射极未形成覆盖的区域发生积累效应，从而提高沟槽202附近区域的载流子浓度，进一步降低导通压降。本申请在沟槽202栅一面，设置为为元胞区非全覆盖结构，并且本申请的栅极为沟槽202型，与对比文件和现有技术的结构完全不同。
[0050]实施例3
[0051]注入增强型绝缘栅双极型晶体管包括P型集电极101，所述ρ型集电极101上设置有载流子扩散层103，在所述载流子扩散层103上纵向设置有多根沟槽202，所述载流子扩散层103上横向设置有多排P型活性区1041和P型非活性区1042，p型活性区1041和P型非活性区1042构成P型基区，呈条纹状；每排P型活性区1041包括多个独立的p型活性区1041，多个P型活性区1041之间被所述沟槽202隔开，每排p型非活性区1042包括多个独立的P型非活性区1042，多个P型非活性区1042之间被所述沟槽202隔开；所述每个P型活性区1041上设置有η型发射极105，所述η型发射极105呈H型。
[0052]所述每排P型活性区1041和P型非活性区1042间隔排布，各排P型活性区1041之间至少间隔了一排P型非活性区1042。
[0053]η型发射极105为重掺η型层，载流子扩散层103为轻掺η型层，ρ型集电极101和载流子扩散层103之间设置有场截止层102，场截止层为重掺η型层。
[0054]每排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042的宽度为2um_20um，深度为2um_8um。沟槽202长度方向与多排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042的长度方向垂直。
[0055]所述沟槽202包括有呈U型的薄层绝缘层201，所述薄层绝缘层201内为η型填充多晶硅。薄层绝缘层201包括氧化硅和氮化硅。η型填充多晶硅内掺杂有磷和砷。
[0056]沟槽202的宽度为0.5um-2um,深度为2um_8um，相邻沟槽202之间的间距为2um-8um。H型的发射极两侧边依靠有所述薄层绝缘层201，所述两侧边的宽度分别为0.5um-3um,所述H型两侧边之间的宽度为0.5um-8um,所述H型的深度为0.lum-lum。
[0057]ρ型活性区1041的掺杂杂质为硼，深度为2um_8um。ρ型非活性区1042的掺杂杂质为硼，深度为2um-8um。ρ型集电极101的掺杂杂质为硼,深度为0.lum_2um。场截止层102掺杂杂质包括磷、硒、质子、硫、砷或者缺陷掺杂，深度为2um-20um。
[0058]轻掺η型区掺杂为磷或砷，采用气掺或中照硅片。ρ型活性区1041内设置有P型发射极106。ρ型发射极106为重掺ρ型层。
[0059]实施例4
[0060]注入增强型绝缘栅双极型晶体管包括ρ型集电极101，所述ρ型集电极101上设置有载流子扩散层103，在所述载流子扩散层103上纵向设置有多根沟槽202，所述载流子扩散层103上横向设置有多排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042，ρ型活性区1041和P型非活性区1042构成ρ型基区，呈条纹状；每排ρ型活性区1041包括多个独立的ρ型活性区1041，多个ρ型活性区1041之间被所述沟槽202隔开，每排ρ型非活性区1042包括多个独立的P型非活性区1042，多个ρ型非活性区1042之间被所述沟槽202隔开；所述每个P型活性区1041上设置有η型发射极105，所述η型发射极105呈H型。
[0061]所述每排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042间隔排布，各排P型活性区1041之间至少间隔了一排P型非活性区1042。
[0062]η型发射极105为重掺η型层，载流子扩散层103为轻掺η型层，ρ型集电极101和载流子扩散层103之间设置有场截止层102，场截止层为重掺η型层。
[0063]每排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042的宽度为20um，深度为2um。沟槽202长度方向与多排P型活性区1041和ρ型非活性区1042的长度方向垂直。
[0064]所述沟槽202包括有呈U型的薄层绝缘层201，所述薄层绝缘层201内为η型填充多晶硅。薄层绝缘层201包括氧化硅和氮化硅。η型填充多晶硅内掺杂有磷和砷。
[0065]沟槽202的宽度为2um，深度为2um，相邻沟槽202之间的间距为Sum。H型的发射极两侧边依靠有所述薄层绝缘层201，所述两侧边的宽度分别为0.5um，所述H型两侧边之间的宽度为8um，所述H型的深度为0.lum。
[0066]ρ型活性区1041的掺杂杂质为硼，深度为8um。ρ型非活性区1042的掺杂杂质为硼，深度为2um。ρ型集电极101的掺杂杂质为硼，深度为2um。场截止层102掺杂杂质包括磷、硒、质子、硫、砷或者缺陷掺杂，深度为2um。
[0067]轻掺η型区掺杂为磷或砷，采用气掺或中照硅片。ρ型活性区1041内设置有P型发射极106。ρ型发射极106为重掺ρ型层。
[0068]实施例5
[0069]注入增强型绝缘栅双极型晶体管包括ρ型集电极101，所述ρ型集电极101上设置有载流子扩散层103，在所述载流子扩散层103上纵向设置有多根沟槽202，所述载流子扩散层103上横向设置有多排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042，ρ型活性区1041和P型非活性区1042构成ρ型基区，呈条纹状；每排ρ型活性区1041包括多个独立的ρ型活性区1041，多个ρ型活性区1041之间被所述沟槽202隔开，每排ρ型非活性区1042包括多个独立的P型非活性区1042，多个ρ型非活性区1042之间被所述沟槽202隔开；所述每个P型活性区1041上设置有η型发射极105，所述η型发射极105呈H型。
[0070]所述每排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042间隔排布，各排P型活性区1041之间至少间隔了一排P型非活性区1042。
[0071]η型发射极105为重掺η型层，载流子扩散层103为轻掺η型层，ρ型集电极101和载流子扩散层103之间设置有场截止层102，场截止层为重掺η型层。
[0072]每排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042的宽度为2um，深度为8um。沟槽202长度方向与多排P型活性区1041和ρ型非活性区1042的长度方向垂直。
[0073]所述沟槽202包括有呈U型的薄层绝缘层201，所述薄层绝缘层201内为η型填充多晶硅。薄层绝缘层201包括氧化硅和氮化硅。η型填充多晶硅内掺杂有磷和砷。
[0074]沟槽202的宽度为0.5um,深度为8um，相邻沟槽202之间的间距为2um。H型的发射极两侧边依靠有所述薄层绝缘层201，所述两侧边的宽度分别为3um，所述H型两侧边之间的宽度为0.5um，所述H型的深度为lum。
[0075]ρ型活性区1041的掺杂杂质为硼，深度为2um。ρ型非活性区1042的掺杂杂质为硼，深度为8um。ρ型集电极101的掺杂杂质为硼，深度为0.1um0场截止层102掺杂杂质包括磷、硒、质子、硫、砷或者缺陷掺杂，深度为20um。
[0076]轻掺η型区掺杂为磷或砷，采用气掺或中照硅片。ρ型活性区1041内设置有P型发射极106。ρ型发射极106为重掺ρ型层。
[0077]实施例6
[0078]注入增强型绝缘栅双极型晶体管包括ρ型集电极101，所述ρ型集电极101上设置有载流子扩散层103，在所述载流子扩散层103上纵向设置有多根沟槽202，所述载流子扩散层103上横向设置有多排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042，ρ型活性区1041和P型非活性区1042构成ρ型基区，呈条纹状；每排ρ型活性区1041包括多个独立的ρ型活性区1041，多个ρ型活性区1041之间被所述沟槽202隔开，每排ρ型非活性区1042包括多个独立的P型非活性区1042，多个ρ型非活性区1042之间被所述沟槽202隔开；所述每个P型活性区1041上设置有η型发射极105，所述η型发射极105呈H型。
[0079]所述每排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042间隔排布，各排P型活性区1041之间至少间隔了一排P型非活性区1042。
[0080]η型发射极105为重掺η型层，载流子扩散层103为轻掺η型层，ρ型集电极101和载流子扩散层103之间设置有场截止层102，场截止层为重掺η型层。
[0081]每排ρ型活性区1041和ρ型非活性区1042的宽度为10um，深度为5um。沟槽202长度方向与多排P型活性区1041和ρ型非活性区1042的长度方向垂直。
[0082]所述沟槽202包括有呈U型的薄层绝缘层201，所述薄层绝缘层201内为η型填充多晶硅。薄层绝缘层201包括氧化硅和氮化硅。η型填充多晶硅内掺杂有磷和砷。
[0083]沟槽202的宽度为lum，深度为5um，相邻沟槽202之间的间距为4um。H型的发射极两侧边依靠有所述薄层绝缘层201，所述两侧边的宽度分别lum，所述H型两侧边之间的宽度为3um，所述H型的深度为0.5um。
[0084]ρ型活性区1041的掺杂杂质为硼，深度为4um。ρ型非活性区1042的掺杂杂质为硼，深度为5um。ρ型集电极101的掺杂杂质为硼，深度为1.2um。场截止层102掺杂杂质包括磷、硒、质子、硫、砷或者缺陷掺杂，深度为12um。
[0085]轻掺η型区掺杂为磷或砷，采用气掺或中照硅片。ρ型活性区1041内设置有P型发射极106。ρ型发射极106为重掺ρ型层。
[0086]值得注意的是，本专利所公开的结构不仅适用于绝缘栅双极型晶体管，同样适用于MOSFET等其他沟道型功率半导体器件。专利中所公开的参数及方法仅供参考，保护内容不仅限于文中所述参数，该领域内技术人员经适当调整后即可应用。
【权利要求】
1.一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:包括P型集电极(101)，所述P型集电极(101)上设置有载流子扩散层(103)，在所述载流子扩散层(103)上纵向设置有多根沟槽(202)，所述载流子扩散层(103)上横向设置有多排P型活性区(1041)和p型非活性区(1042)，P型活性区(1041)和P型非活性区(1042)构成p型基区，呈条纹状；每排P型活性区(1041)包括多个独立的P型活性区(1041)，多个P型活性区(1041)之间被所述沟槽(202)隔开，每排P型非活性区(1042)包括多个独立的P型非活性区(1042)，多个p型非活性区(1042)之间被所述沟槽(202)隔开；所述每个P型活性区(1041)上设置有η型发射极(105)，所述η型发射极(105)呈H型。
2.根据权利要求1所述的注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:所述每排P型活性区(1041)和P型非活性区(1042)间隔排布；各排P型活性区(1041)之间至少间隔了一排P型非活性区(1042)。
3.根据权利要求1或2所述的注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:所述η型发射极(105)为重掺η型层，所述载流子扩散层(103)为轻掺η型层。
4.根据权利要求3所述的注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:所述P型集电极(101)和载流子扩散层(103)之间设置有场截止层(102)，所述场截止层为重掺η型层。
5.根据权利要求4所述的注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:所述每排P型活性区(1041)和P型非活性区(1042)的宽度为2um-20um，深度为2um_8um。
6.根据权利要求5所述的注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:所述沟槽(202)长度方向与多排P型活性区(1041)和P型非活性区(1042)的长度方向垂直。
7.根据权利要求6所述的注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:所述沟槽(202)包括有呈U型的薄层绝缘层(201)，所述薄层绝缘层(201)内为η型填充多晶硅。
8.根据权利要求7所述的注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:所述沟槽(202)的宽度为0.5um-2um，深度为2um_8um，相邻沟槽(202)之间的间距为2um_8um，所述H型的发射极两侧边依靠有所述薄层绝缘层(201)，所述两侧边的宽度分别为0.5um-3um，所述H型两侧边之间的宽度为0.5um-8um,所述H型的深度为0.lum-lum。
9.根据权利要求8所述的注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:所述P型活性区(1041)的深度为2um-8um ;所述p型非活性区(1042)的深度为2um_8um ;所述p型集电极(101)的深度为0.lum-2um ;所述场截止层(102)深度为2um_20um。
10.根据权利要求9所述的注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:所述P型活性区(1041)内设置有P型发射极(106);所述P型发射极(106)为重掺p型层。
【文档编号】H01L29/423GK204144266SQ201420654247
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】胡强, 王思亮, 张世勇 申请人:中国东方电气集团有限公司