一种双极性场效应管及其制备方法与流程

本申请涉及半导体器件，具体地，涉及一种双极性场效应管及其制备方法。

背景技术：

1、双极性器件是指能够导电子和空穴两种载流子的器件。具体来说，双极性器件中电流的流动是由电子和空穴共同贡献的。在双极性晶体管中，电子主要参与集电区的电流流动，而空穴则主要参与基区的电流流动。在双极性场效应管（bjfet）中，电子和空穴也都参与电流流动，但其工作机制与双极性晶体管有所不同。

2、空穴载流子是指在半导体中的一种电荷载流子，其本质是空穴缺陷（缺电子）在空穴传导带上的形成。与电子不同，空穴的电荷符号为正，而其传导速度相比电子要慢一些。在双极性器件中，电子和空穴的贡献都是必不可少的。

3、igbt：igbt（insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管）是一种功率半导体器件，它结合了金属氧化物场效应晶体管（mosfet）和双极型晶体管（bjt）的特性。igbt具有一个绝缘栅结构，它通过控制栅极的电流来调节电流流经主电流通道的能力。在igbt中，电子流从n型材料到p型材料，这种双极性的电流传导方式使其适用于高电压、高电流应用。通过控制栅极上的电压，可以开启或关闭igbt，从而控制电流的流动。igbt通常用于功率放大、电力转换和控制应用，因为它具有高输入阻抗和可控制的导通能力，同时能够处理高功率电流。这使得它成为电力电子领域中的重要器件，用于驱动电机、变频器、逆变器和其他高功率应用。

4、超结：超结（superjunction/sj）是一种功率mosfet和igbt器件的设计结构，通过在n型和p型掺杂层之间形成一系列交错排列的p-n结，形成了更高的阻挡电压和更低的漏电电流，从而提高了器件的性能。超结技术可以提高器件的开关速度、减小导通电阻、降低开关损耗、提高阻挡电压、减小漏电电流等，是当前高性能功率器件中的重要技术之一。

5、终端：终端（terminal）是大功率芯片为保证芯片整体具有目标的承压能力而设置的结构，上述结构主要位于芯片边缘区域，整体环芯片一周。功率器件的耐压受限于pn结弯曲处电场集中的影响，需要通过设计合适的终端结构来改善。常用的终端技术有场限环（flr）技术、场板（fp）技术与结终端扩展（jte）技术与横向变掺杂（vld）技术以及resurf技术等。

6、近年随着应用领域的不断拓展，高压功率器件的需求日益增加，为了开发满足上述应用需求的高性能功率器件，具有超结漂移区的超结igbt结合了fs-igbt和超结的优点，可实现高的耐压和低的损耗，为igbt性能的进一步提升提供新的方向。受制于现有的器件制备工艺，器件超级结结构一致性存在较大问题，进而导致器件的承压能力存在较大的波动。在实际生产中，上述工艺波动极易造成量产产品出现低良问题，严重限制产品的量产出货。因此，为了兼容现有工艺波动，亟需改进现有超级结结构，通过新的结构设计全面提升产品承压能力，有效改善产品良率。

7、超级结igbt作为新一代高速igbt设计技术，其优异的电学性能已经获得实验验证。图1是传统超级结igbt的横切截面图。传统超级结igbt结构一般包含元胞区和终端区，如图1所示，其中，1是p-集电区，2是n-漂移区，3是p型超级结区域，4是第二次外延，5是栅氧化层，6是栅极poly，7是pwell，8是n+发射极，9是介质层，10是发射极金属，11是p+集电极，12是集电极金属，13是终端p型主结区，14是场氧。

8、在传统超级结igbt终端区域中，垂直方向主要自上而下主要由场氧14、第二次外延4、p型超级结区域3、n-漂移区2、p-集电区1、p+集电极11和集电极金属12构成。其中，终端区承压能力主要取决于“第二次外延4+p型超级结区域3+n-漂移区2”部分，p型超级结区域3厚度越厚则器件承压能力越强。但在传统结构中，第二次外延4由于其生长这种工艺的限制，使得在元胞区和终端区形成覆盖器件的整层第二次外延，终端p型主结区13和pwell7都是在第二次外延的基础之上再次加工形成的。因此，如图1所示，在终端区存在第二次外延4的部分，导致终端区内p型超级结区域3必须位于终端区第二次外延4之下，进而导致p型超级结区域3的高度较低。即因为传统超级结igbt终端区中必然存在第二次外延层4，在芯片厚度一定的前提下，终端区内的p型超级结区域3高度存在上限，严重限制终端区的承压能力提升。超级结igbt作为双极型晶体管本身要求必须具有n型的结构层，作为空穴载流子的阻挡层，增加漂移区中载流子的浓度从而减小导通压降。传统超级结igbt的第二外延层4正是n型的结构层。

9、因此，传统超级结igbt的终端区的承压能力受限，是本领域技术人员急需要解决的技术问题。

10、在背景技术中公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种双极性场效应管及其制备方法，以解决传统超级结igbt的终端区的承压能力受限的技术问题。

2、根据本申请实施例提供了一种双极性场效应管，包括：

3、多个沿竖直方向延伸并沿横向方向间隔分布的第二掺杂类型的柱区，布置在所述第一掺杂类型的漂移区内；

4、在元胞区内的柱区上部由近及远依次设置有第一掺杂类型区及反型形成的第二掺杂类型的阱区；

5、其中，在终端区内，第一掺杂类型的漂移区上方设置有场氧化层（14），终端区内的柱区与所述场氧化层接触。

6、根据本申请实施例还提供了一种双极性场效应管的制备方法，包括以下步骤：

7、形成第一掺杂类型的漂移区，漂移区形成在双极性场效应管的元胞区和终端区；

8、形成多个第二掺杂类型的柱区，各个柱区沿竖直方向延伸并沿横向方向间隔分布，且布置在所述第一掺杂类型的漂移区内；

9、在元胞区内的柱区上部由近及远依次形成第一掺杂类型区及反型形成的第二掺杂类型的阱区；

10、在终端区内，在第一掺杂类型的漂移区的上方形成场氧化层，其中，终端区内的柱区与所述场氧化层接触。

11、本申请实施例由于采用以上技术方案，具有以下技术效果：

12、背景技术和本申请实施例的双极性场效应管的厚度相同的情况下，本申请的终端区内的柱区31位于场氧化层14之下，即场氧化层14之下直接连接终端区内的柱区31。背景技术中，场氧化层14之下先要设置第二次外延4，在第二次外延4之下才能直接连接p型超级结区域3（即柱区）。这样，背景技术和本申请实施例的双极性场效应管的厚度相同的情况下，本申请的终端区内的柱区31比背景技术中的p型超级结区域3高，终端区内的漂移区21也比背景技术中的漂移区2高，本申请实施例的双极性场效应管的终端区的承压能力更强。

技术特征：

1.一种双极性场效应管，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双极性场效应管，其特征在于，元胞区内的柱区位于所述第一掺杂类型区（4）之下的部分作为元胞区柱区（32），终端区内的柱区（31）高于所述元胞区柱区（32）。

3.根据权利要求2所述的双极性场效应管，其特征在于，第一掺杂类型区（4）和第二掺杂类型的阱区（7）形成的方式为：

4.根据权利要求2所述的双极性场效应管，其特征在于，元胞区内的漂移区位于所述第一掺杂类型区（4）以下的部分作为元胞区漂移区（22）；

5.根据权利要求2所述的双极性场效应管，其特征在于，终端区内的柱区（31）的底面和所述元胞区柱区（32）的底面相平；

6.根据权利要求1至5任一所述的双极性场效应管，其特征在于，所述第一掺杂类型为n型，第二掺杂类型为p型。

7.根据权利要求6所述的双极性场效应管，其特征在于，所述双极性场效应管为igbt器件还包括：

8.根据权利要求7所述的双极性场效应管，其特征在于，所述igbt器件还包括：

9.根据权利要求7所述的双极性场效应管，其特征在于，所述终端第二掺杂类型主结区（13）深度的取值范围为大于等于3微米小于等于5微米；

10.根据权利要求1至5任一所述的双极性场效应管，其特征在于，元胞区柱区（32）的顶端宽度和元胞区柱区顶端之间宽度的比为4:5；终端区内的柱区（31）的顶端宽度和终端区内的柱区（31）顶端之间宽度的比为4:5；

11.一种双极性场效应管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在元胞区内的柱区（32）上部由近及远依次形成第一掺杂类型区（4）及反型形成的第二掺杂类型的阱区（7）的步骤，具体包括以下步骤：

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

技术总结
本申请实施例提供了一种双极性场效应管及其制备方法。双极性场效应管包括：第一掺杂类型的漂移区，所述漂移区形成在双极性场效应管的元胞区和终端区；多个沿竖直方向延伸并沿横向方向间隔分布的第二掺杂类型的柱区，布置在所述第一掺杂类型的漂移区内；在元胞区内的柱区上部由近及远依次设置有第一掺杂类型区及反型形成的第二掺杂类型的阱区；其中，在终端区内，第一掺杂类型的漂移区上方设置有场氧化层，终端区内的柱区与所述场氧化层接触。本申请实施例解决了传统超级结IGBT的终端区的承压能力受限的技术问题。

技术研发人员：祁金伟,刘倩,兰金龙
受保护的技术使用者：苏州华太电子技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6