一种沟槽隔离横向绝缘栅双极型晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及功率半导体器件技术领域，具体来说，是一种沟槽隔离横向绝缘栅双极型晶体管，特别适用于大功率集成电路如变频调速、高压输电、电力牵引、变频家电、半桥驱动电路以及汽车生产等领域。
【背景技术】
[0002]绝缘栅双极型晶体管IGBT是MOS栅器件结构与双极型晶体管结构相结合进化而成的复合型功率器件，同时具备MOS管与双极型晶体管的特点，具有良好的开关速度快、导通压降小、易于驱动等特点，广泛应用于电力电子电路。但是IGBT在关断的时候会有拖尾电流出现，极大的增大了器件的关断损耗。绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管(SO1-Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor, SO1-LIGBT)是一种典型的基于 SOI工艺的IGBT，同样也存在拖尾电流的问题，如何提高S01-LIGBT芯片的电流能力、改善导通压降与关断损耗之间的折中关系成为目前国际上的研宄热点
目前，针对如何降低S01-LIGBT的损耗、提高器件电流能力、减小芯片面积，国内外提出了许多器件结构上的改进方法。比如日立公司提出的载流子存储层横向绝缘栅双极型晶体管，通过在发射极区的P型体区外围引入了一层N型层作为空穴的势皇，达到阻挡空穴以提高漂移区载流子整体浓度，降低器件的正向导通压降的目的。但是该结构所引入的N型载流子存储层会增大P型体区外围N型漂移区的浓度，在改善正向饱和压降的同时，会造成器件的击穿电压急剧下降，关断损耗增强等严重影响器件的工作性能的问题。
[0003]综上所述，需要不断研宄探索能够在不降低器件耐压能力，且不增加器件关断损耗的前提下，增强器件内部电导调制效应，降低器件的正向导通压降，并能够使器件的正向压降、耐压能力和关断损耗三者实现较好地折中关系的新结构。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述问题，提出了一种沟槽隔离横向绝缘栅双极型晶体管，本发明可以增大器件导通电流密度，减小器件关断损耗，增强器件的耐压并改善器件导通压降和关断损耗的折中关系。
[0005]本发明提供如下技术方案:
一种沟槽隔离横向绝缘栅双极型晶体管，包括:P型衬底，在P型衬底上设有埋氧层，在埋氧层上设有N型漂移区，在N型漂移区内的上表面下方设有P型体区和N型缓冲层，在N型缓冲层内设有P型集电极区，在P型集电极区上连接有集电极铝电极，在N型漂移区的上表面上设有钝化层和第一栅氧化层且所述第一栅氧化层与P型体区部分重叠，在所述第一栅氧化层上有第一多晶硅栅，在第一多晶硅栅上连接有第一栅电极，在P型体区内设有N型发射极区，在N型发射极区上连接有第一发射极铝电极，其特征在于，在N型漂移区内设有沟槽隔离层，沟槽隔离层自N型漂移区的上表面延伸至埋氧层的上表面，所述P型体区和N型缓冲层位于沟槽隔离层的一侧且P型体区位于N型漂移区的上表面与沟槽隔离层形成的拐角处，在N型漂移区的上表面与沟槽隔离层形成的两个拐角处分别设有第一 P型发射极区和第二 P型发射极区，所述第一 P型发射极区位于所述P型体区内且第一 P型发射极区与所述N型发射极区相分离，在第一 P型发射极区和第二 P型发射极区上连接有金属电极，在N型漂移区的上表面下方还设有第三P型发射极区且第三P型发射极区位于沟槽隔离层的另一侧，在第三P型发射极区上连接有第二发射极铝电极，在第二 P型发射极区与第三P型发射极区之间的N型漂移区上表面上设有第二栅氧化层，并且，所述第二栅氧化层的一端延伸进入所述第二 P型发射极区的上方，所述第二栅氧化层的另一端延伸进入所述第三P型发射极区的上方，在第二栅氧化层上设有氮化硅层，在氮化硅层上方设有第二多晶硅栅，在第二多晶硅栅上方设有第二栅电极，进一步地，第三P型发射极区和第二 P型发射极区间的距离可调，范围为0.001um~10um，并且距离越小，关断特性越好；氮化硅层要带有负电荷，其所带负电荷量为10_25 ~1025nC/cm3。
[0006]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
1、本发明器件正向导通时，由于P型体区和第一 P型发射极区在器件导通时处于浮空状态，使得空穴在N型发射极区附近的N型漂移区内形成积累，增强了电子注入效应，实现了比普通LIGBT更低的正向导通压降和更强的电流能力。
[0007]2、本发明器件关断时，由于氮化硅层内带有负电荷，会在第二栅氧化层下方感应出P型沟道，器件发射极附近积累的大量空穴可以沿P型体区、第一 P型发射极区、金属电极、第二 P型发射极区、第二栅氧化层下方感应出的P型沟道、第三P型发射极区、第二发射极铝电极这条路径迅速扫出，因此具有比普通LIGBT更快的开关速度，更小的拖尾电流，并实现了更低的横向绝缘栅双极型晶体管关断损耗。
[0008]3、本发明改善了横向绝缘栅双极型晶体管的导通压降与关断损耗的折中关系。经仿真和芯片实测验证，本发明明显改善了 IGBT正向导通压降和关断损耗的折中关系。
[0009]4、本发明工艺简单，在传统横向绝缘栅双极型晶体管的基础上进行改进，无额外光刻版，成本低。
[0010]5、本发明在实现相同电流能力芯片时，所采用的芯片面积小，成本低。
【附图说明】
[0011]图1所示为普通横向绝缘栅双极型晶体管的器件剖面结构图，图中，24为P型发射极区，25为发射极金属电极。
[0012]图2所示为本发明沟槽隔离横向绝缘栅双极型晶体管的剖面结构图。
[0013]图3所示为本发明结构正向导通时，氮化硅层感应电荷示意图。
[0014]图4所示为本发明结构关断时，氮化娃层感应电荷示意图。
[0015]图5所示为本发明结构与普通LIGBT的正向导通时，内部载流子分布对比图。
[0016]图6所示为本发明结构关断时，空穴抽取路径的仿真图。
[0017]图7所示为本发明结构关断时，空穴抽取路径仿真图的发射极局部放大图。
[0018]图8所示为本发明结构与普通LIGBT的1-V曲线对比图。
[0019]图9所示为本发明结构与普通LIGBT的关断特性对比图。
[0020]图10所示为本发明结构与普通LIGBT的导通压降与关断损耗折中关系对比图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合图2，对本发明做详细说明，一种沟槽隔离横向绝缘栅双极型晶体管，包括:P型衬底I，在P型衬底I上设有埋氧层2，在埋氧层2上设有N型漂移区3，在N型漂移区3内的上表面下方设有P型体区5和N型缓冲层6，在N型缓冲层6内设有P型集电极区10，在P型集电极区10上连接有集电极铝电极19，在N型漂移区3的上表面上设有钝化层23和第一栅氧化层13且所述第一栅氧化层13与P型体区5部分重叠，在所述第一栅氧化层13上有第一多晶硅栅16，在第一多晶硅栅16上连接有第一栅电极22，在P型体区5内设有N型发射极区11，在N型发射极区11上连接有第一发射极铝电极18，其特征在于，在N型漂移区3内设有沟槽隔离层4，沟槽隔离层4自N型漂移区3的上表面延伸至埋氧层2的上表面，所述P型体区5和N型缓冲层6位于沟槽隔离层4的一侧且P型体区5位于N型漂移区3的上表面与沟槽隔离层4形成的拐角处，在N型漂移区3的上表面与沟槽隔离层4形成的两个拐角处分别设有第一 P型发射极区9和第二 P型发射极区8，所述第一 P型发射极区9位