分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管。
【背景技术】
[0002]图1是现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管结构图，由于电极为沟槽结构，因此可实现小型化，这还形成n+阴极、p+阳极键合以及p+分流器区，这是因为沟槽-氧化膜有效地发挥光掩膜作用的结果。而且，由于器件上电场集中在沟槽-氧化膜层，不仅能实现小型化，而且即使有P+分流器，也具有较高的阻断电压。
[0003]由于这种横向绝缘栅双极型晶体管因电导调制，其正向压降小，输入阻抗大，因此是一个非常适合用于智能(smart)电源集成电路的器件，但横向绝缘栅双极型晶体管因其结构而存在由P+阳极、η-漂移层、ρ-基区、η+阴极构成的寄生晶闸管。
[0004]此外，当横向绝缘栅双极型晶体管正常工作时，上述的寄生晶闸管不工作，但当电流达到一定值以上时，寄生晶闸管就会导通，这就是闩锁效应的特性。若发生上述闩锁效应，横向绝缘栅双极型晶体管会丧失M0S栅的控制能力，因此闩锁效应是限制横向绝缘栅双极型晶体管的电流控制能力，并决定安全工作区的核心要素之一。为了有效地改善如此重要的闩锁效应，曾有过关于沟槽结构型横向绝缘栅双极型晶体管的技术。
[0005]然而，随着普通的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管尺寸缩小，包括闩锁电流密度的电特性会变差，因此围绕由Ρ-基区的空穴电流导致电压骤降和闩锁效应提升的问题进行了多次研究。而具有Ρ+分流器结构的横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管则存在随着η-漂移层减少，正向阻断电压大幅降低的结构性缺陷。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明公开了一种分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管，加大了闩锁电流密度，使击穿电压高出现有的通用横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的击穿电压，并可使用更高的电流密度和正向电压，获得更好的效果。
[0007]本发明的技术方案如下:
一种分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管，包括由氧化膜形成的Ρ型衬底；在所述Ρ型衬底上形成的η-漂移区；在所述η-漂移区上形成两个阳极、一个阴极和一个栅极；在所述两个阳极之间形成的Ρ+漂移区和η+缓冲区，在所述阳极和阴极之间形成的Ρ+分流器结构；在所述阴极和栅极之间构成η+阴极区、ρ+阴极区和ρ-基区。
[0008]本发明公开的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管拥有两条电流路径，其中一条如上述现有技术图1所示，与现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管之路径相同，在正向运作模式中，阳极ρη键合会导通，并往晶体管的η-漂移区注入空穴；此外，空穴中一部分从η-漂移区不经过Ρ-基区而直接流入Ρ+阴极区。而另一条电流路径是，流向Ρ+分流器区，电子电流诱导空穴电流，使其空穴电流不经过η+阴极背面的ρ+阴极区，而经过P+分流器区，接触阴极，而这一电流与闩锁效应毫不相干；P+分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管结构，因为空穴电流经过P+分流器区和n+阴极区背面的P+阴极区，并直接到达阴极，因此可提高抗闩锁性能。
【附图说明】
[0009]图1是现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管结构图；
图2是本发明在一实施例中的结构示意图；
图3是本发明实施例的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管和现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的ι-v特性曲线图；
图4是本发明的优选实施例的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管和现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的霍尔电流流向图；
图5是本发明的优选实施例的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管和现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的正向击穿特性图；
图6是本发明的优选实施例的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管和现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的关断特性图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细阐述。
[0011]如图2所示，本发明公开的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管，包括由氧化膜形成的P型衬底9 ;在所述ρ型衬底上形成的η-漂移区10 ;在所述η-漂移区上形成两个阳极1、一个阴极2和一个栅极3 ;在所述两个阳极1之间形成的Ρ+漂移区5和η+缓冲区4，在所述阳极1和阴极2之间形成的ρ+分流器区6 ;在所述阴极2和栅极3之间构成Π+阴极区8、ρ+阴极区7和ρ-基区，从而使分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管拥有两条电流路径，其中一条与图1所示的现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管之路径相同，在正向运作模式中，阳极ρη键合会导通，并往晶体管的η-漂移区注入空穴；此外，就本发明的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管的作用而言，空穴中一部分从η-漂移区10不经过ρ-基区而直接流入ρ+阴极区7，而另一条电流路径是，流向ρ+分流器区6，电子电流诱导空穴电流，使其空穴电流不经过η+阴极背面的ρ+阴极区，而经过ρ+分流器区，接触阴极，而这一电流与闩锁效应毫不相干。
[0012]图3是本发明的优选实施例的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管和现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的电流-电压(Ι-V)特性图，从阳极电阻区转向阴极电阻区的地点就是发生闩锁效应的地点，如图中比较所示，现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管和本发明的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管的闩锁电流密度各为540A/cifi和1453Α/ cifi，因此，本发明的结构具有比现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管，其闩锁电流密度高2.7倍的良好特性，而且p+分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管结构，因为空穴电流经过p+分流器区和n+阴极区背面的p+阴极区，并直接到达阴极，因此可提尚抗円锁性能。
[0013]图4是优选实施例的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管和现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的霍尔电流流向图，阐述了在导通状态下器件的空穴电流矢量，可确认从P+阳极往η-漂移区注入的空穴，一部分空穴从η-漂移层流入Ρ+阴极层，另一部分则从η-漂移层流入ρ+分流器区；此外，阴极(2)不发生闩锁效应并收集流入ρ+阴极和Ρ+分流器区的空穴，因此会发现很多空穴集中在η+阴极层背面和ρ+分流器区；与此相反，在现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管，很多空穴经过Ρ-基区层流入阴极(2)，证明了上述图3的特性。
[0014]图5是优选实施例的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管和现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的正向击穿特性图，具有规定器件的特性之一，即正向阻止特性，就一般而言，若η-漂移层的长度因ρ+分流器区而缩小，正向阻断电压会大幅降低；鉴于此，过去本无法制作具有Ρ+分流器的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管，但在本发明具有Ρ-分流器的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管，电极采用了沟槽形式，因此在器件内部若电场集中在沟槽-氧化膜层，穿通击穿现象会较晚出现。与同样大小的器件相比较，现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的正向阻断电压为105V以下，本发明结构的正向阻断电压约为140V，从中可知，本发明的ρ+分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管的正向阻断电压比现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的正向阻断电压提高了 1.3倍左右。
[0015]图6是优选实施例的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管和现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的关断特性图，就电力绝缘栅双极型晶体管而言，在一般的情况下，关断时间被定义为在导通状态下达到阳极电流初期值10%的时间。现有横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的关断时间为2 MS，本发明的关端时间为0.3 MS，可知其开关速度非常快。而开关速度快的原因在于沟槽-氧化膜占据了 η-漂移区的一部分，使积累在η-漂移层的少数载流子有了减少。
[0016]如上所述，本发明的效果是由于分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管被沟槽-氧化膜层包围，电场移到沟槽-氧化膜层，因此分流器结构型横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的穿通击穿现象会较晚出现，从而在横向沟槽绝缘栅双极型晶体管，Ρ+分流器不影响击穿现象。此外，本发明的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管比现有的横向沟槽绝缘栅双极型晶体管，不仅电流密度较高，而且还可在正向电压使用，因此这是下一代战略产业即智能电源1C产业的一项最佳发明。
[0017]以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:包括由氧化膜形成的P型衬底；在所述P型衬底上形成的η-漂移区；在所述η-漂移区上形成两个阳极、一个阴极和一个栅极；在所述两个阳极之间形成的Ρ+漂移区和η+缓冲区，在所述阳极和阴极之间形成的Ρ+分流器结构；在所述阴极和栅极之间构成η+阴极区、ρ+阴极区和ρ-基区。2.如权利要求1所述的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:所述η-漂移区外延生长形成于所述Ρ型衬底的正面。
【专利摘要】本发明公开了一种分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管，包括由氧化膜形成的p型衬底；在所述p型衬底上形成的n-漂移区；在所述n-漂移区上形成两个阳极、一个阴极和一个栅极；在所述两个阳极之间形成的p+漂移区和n+缓冲区，在所述阳极和阴极之间形成的p+分流器结构；在所述阴极和栅极之间构成n+阴极区、p+阴极区和p-基区。本发明公开的分流器结构型横向沟槽电极绝缘栅双极型晶体管，加大了闩锁电流密度，使击穿电压高出现有的通用横向沟槽绝缘栅双极型晶体管的击穿电压，并可使用更高的电流密度和正向电压，获得更好的效果。
【IPC分类】H01L21/331, H01L29/06, H01L29/739
【公开号】CN105405874
【申请号】CN201510636335
【发明人】赵喜高
【申请人】深圳市可易亚半导体科技有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年9月30日