一種新型絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體元器件技術領域，具體涉及一種新型絕緣柵雙極型晶體管。
【背景技術】
[0002]近來，用于機器人、空調、機床等的逆變器(inverter)或以辦公室專用不間斷電源為代表的工業用電子設備、日常生活中使用的小型電源轉換器的需求正在急劇增加。而電源轉換器隨著應用范圍日益擴大，設備的小型輕量化、高效化、低噪音化越來越被重視。然而，僅靠雙極型三極管(Bipolar Junct1n Transistor:BJT)或金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOS Field Effect Transistor:M0SFET，M0S場效應管)等現有的電力半導體器件難以滿足上述要求。因此，作為兼具大功率M0SFET快速開關特性和BJT大功率特性的全新半導體器件，近來，絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor:1GBT)的開發備受矚目。
[0003]上述的IGBT正向壓降小，輸入阻抗大，因此是一個非常適合用于智能(smart)電源1C的器件；另外，IGBT從結構上存在由P+陽極(Anode) (Α)、η型外延層(或漂移層)、ρ基區及η+陰極(Κ)構成的寄生晶閘管。當上述的IGBT正常工作時，寄生晶閘管不工作，但當電流達到一定值以上時，寄生晶閘管就會導通，這就是閂鎖特性。發生上述的閂鎖效應時，IGBT會使M0S柵極喪失控制能力，同時，上述的閂鎖效應會限制IGBT的電流控制能力，并決定安全工作區；
[0004]而為使空穴電流流向器件表面，現有技術中的IGBT如圖1所示，提出了在抑制空穴注入的η+緩沖層追加柵極的結構:
[0005]在導通狀態下經過溝道流入漂移區的電子被用于由ρ+陽極(Α)、η型外延層(10)、Ρ+陰極(Κ)構成的ρηρ晶體管之基極電流；屆時，溝道末端會因電子濃度的升高而使阻抗減少，因此從Ρ+陽極(Α)注入的空穴大部分流入溝道，經過ρ-基區流入陰極(Κ)。因此，導通狀態下的壓降等于Ρ+陽極(Α)、η+型緩沖層(20)的導通電壓以及外延區的壓降、ρ-基區的壓降之和。而若經過陰極(Κ)下方ρ-基區時由被遺棄的空穴引起的壓降為0.7V以上，由陰極(Κ)、ρ-基區、外延區構成的寄生ηρη晶體管就會導通，電子就不經過溝道而直接經過Ρ-基區并注入漂移區。如同上述過程，IGBT的寄生晶閘管會導通，這就是閂鎖(latch-up)。而現有的IGBT存在閾值電壓控制較難、工藝復雜等缺點。此外，現有的IGBT盡管有導通電阻低、輸入阻抗高以及驅動電路單純等優點，但也有開關速度相對較慢等缺點。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中存在的上述問題，本實用新型公開了一種新型絕緣柵雙極型晶體管，旨在提供一種高抗閂鎖性能，且能夠快速完成開關的絕緣柵雙極型晶體管。
[0007]本實用新型的技術方案如下:
[0008]—種新型絕緣柵雙極型晶體管，包括ρ型半導體襯底、形成于所述ρ型襯底上的埋氧層、形成于所述埋氧層上的η型外延層，所述η型外延層的一側設有ρ型雜質離子形成的具有預定深度的Ρ-/Ρ+基區；所述η型外延層的另一側設有ρ型雜質離子形成的具有預定深度的Ρ+環；所述Ρ-/Ρ+基區設有η型雜質離子形成的具有預定深度的η+區；所述ρ-/ρ+基區上形成第一柵極和陰極，所述Ρ+環上形成陽極，所述陰極和陽極之間形成第二柵極。
[0009]作為優選，還包括設于所述陰極和陽極之間的第三柵極。
[0010]作為優選，還包括設于所述陰極和陽極之間的第四柵極、第五柵極、第六柵極、第七柵極。
[0011]本實用新型的絕緣柵雙極型晶體管為了抑制閂鎖效應，設置了 ρ+環和ρ溝道柵，從而減少了經過Ρ-基區的空穴電流量，同時把所有空穴電流的方向轉向了器件的表面，此夕卜，這還大大改善了反溝道結構的缺點之一，即較小的電流密度特性；不僅如此，由于設置了 ρ+環和ρ型溝道柵，就不需要遏制空穴注入的η-緩沖層，因此可減少相當于η-緩沖層的光掩膜一張，簡化了結構；就關斷開關特性而言，與具有限制開關速度的尾電流特性的現有結構不同，殘存在Ρ基區的少數載流子即空穴經過所形成的Ρ溝道流向陰極，而不是復合，因此不出現尾電流特性，從而提供了一種高抗閂鎖性能，且能夠快速完成開關的絕緣柵雙極型晶體管。
【附圖說明】
[0012]圖1是現有技術中IGBT結構示意圖的剖面圖；
[0013]圖2是本實用新型在一實施例中的結構示意圖的剖面圖；
[0014]圖3是本實用新型在另一實施例中的結構示意圖的剖面圖；
[0015]圖4是本實用新型在又一實施例中的結構示意圖的剖面圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細闡述。
[0017]如圖2所示，本實用新型公開的新型絕緣柵雙極型晶體管包括ρ型半導體襯底50、形成于所述Ρ型襯底50上的埋氧層60、形成于所述埋氧層60上的η型外延層70，所述η型外延層70的一側設有ρ型雜質離子形成的具有預定深度的ρ-/ρ+基區80 ;所述η型外延層70的另一側設有ρ型雜質離子形成的具有預定深度的ρ+環90 ;所述ρ_/ρ+基區80設有η型雜質離子形成的具有預定深度的η+區100 ;所述ρ-/ρ+基區80上形成第一柵極G1和陰極Κ，所述ρ+環90上形成陽極Α，所述陰極Κ和陽極Α之間形成第二柵極G2;
[0018]如圖3所示，在一優選實施例中，還包括設于所述陰極K和陽極A之間的第三柵極G3;
[0019]如圖4所示，在另一優選實施例中，還包括設于所述陰極K和陽極A之間的第四柵極G4、第五柵極G5、第六柵極G6、第七柵極G7。
[0020]本實用新型公開的上述新型絕緣柵雙極型晶體管為了抑制閂鎖效應，設置了 p+環90和ρ溝道柵G2?G7，從而減少了經過ρ-基區的空穴電流量，同時把所有空穴電流的方向轉向了器件的表面；
[0021]此外，這還大大改善了反溝道結構的缺點之一，即較小的電流密度特性，不僅如此，由于設置了 P+環90和ρ型溝道柵G2?G7，就不需要遏制空穴注入的η-緩沖層，因此可減少相當于η-緩沖層的光掩膜一張，進而簡化結構；
[0022]就關斷開關特性而言，與具有限制開關速度的尾電流特性的現有結構不同，在本發明提出的結構上，殘存在Ρ基區的少數載流子即空穴經過所形成的Ρ溝道流向陰極Κ，而不是復合，因此不出現尾電流特性，詳細說明如下:
[0023]首先，若對p-MOS柵外加負電壓，表面會形成ρ溝道，導通時在ρ+陽極Α注入的空穴大部分會沿著器件表面抵達陰極K ;
[0024]因此，經過引起閂鎖效應的p-/p+基區80的空穴量會減少，這不僅能改善其特性，而且因η型緩沖層的消失使得結構變得更加簡單；
[0025]此外，關斷時殘存在外延層表面的少數載流子在與殘存在η基層的電子復合之前，會經過Ρ-基區流向陰極Κ，因此可獲得在IGBT的關斷特性中所謂的最大缺點，即不存在尾電流的良好關斷特性；從而提供了一種高抗閂鎖性能，且能夠快速完成開關的絕緣柵雙極型晶體管。
[0026]以上所述的本發明實施方式，并不構成對本發明保護范圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1.一種新型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:包括p型半導體襯底、形成于所述p型襯底上的埋氧層、形成于所述埋氧層上的η型外延層，所述η型外延層的一側設有ρ型雜質離子形成的具有預定深度的Ρ-/Ρ+基區；所述η型外延層的另一側設有ρ型雜質離子形成的具有預定深度的Ρ+環；所述Ρ-/Ρ+基區設有η型雜質離子形成的具有預定深度的η+區；所述Ρ-/Ρ+基區上形成第一柵極和陰極，所述Ρ+環上形成陽極，所述陰極和陽極之間形成第二柵極。2.如權利要求1所述的新型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:還包括設于所述陰極和陽極之間的第三柵極。3.如權利要求1所述的新型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:還包括設于所述陰極和陽極之間的第四柵極、第五柵極、第六柵極、第七柵極。
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型絕緣柵雙極型晶體管，包括p型半導體襯底、形成于所述p型襯底上的埋氧層、形成于所述埋氧層上的n型外延層，所述n型外延層的一側設有p型雜質離子形成的具有預定深度的p-/p+基區；所述n型外延層的另一側設有p型雜質離子形成的具有預定深度的p+環；所述p-/p+基區設有n型雜質離子形成的具有預定深度的n+區；所述p-/p+基區上形成第一柵極和陰極，所述p+環上形成陽極，所述陰極和陽極之間形成第二柵極。本實用新型旨在提供一種高抗閂鎖性能，且能夠快速完成開關的絕緣柵雙極型晶體管。
【IPC分類】H01L29/06, H01L29/739
【公開號】CN205159333
【申請號】CN201520773871
【發明人】趙喜高
【申請人】深圳市可易亞半導體科技有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年10月8日