一种可快速关断的LIGBT及其制备方法与流程

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种可快速关断的ligbt及其制备方法。

背景技术：

1、电力电子技术是国家安全领域和国民经济的重要支撑技术，它将一种形成的电能高效地转换成另外一种形式的电能，从而满足应用于各种场合。同时，它还是实现节能环保和提高国民生活水平的重要技术手段。电力电子技术中的核心元器件就是功率半导体器件，绝缘栅双极型晶体管igbt（insulated gate bipolar transisitor，igbt）作为最重要的功率半导体器件之一，它兼具了高工作频率和低导通压降的优点。随着电能应用形成的多样化，人们对功率器件的要求也越来越高，主要体现在功耗和可靠性两个方面。对于igbt等少子功率器件而言，由于动态功耗与静态功耗之间需要折中考虑，其主流技术一般围绕着优化导通压降与关断损耗之间的折中关系。提供一种快速关断的ligbt是本领域技术人员一直研究的方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可快速关断的ligbt。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种可快速关断的ligbt，包括从左至右设置的发射极、p-base区、栅极、n-漂移区、场氧化层、缓冲层n-buffer、浮空欧姆接触、n+型多晶硅、p+型多晶硅、collector电极，

4、n-漂移区下部为埋氧层和p衬底，埋氧层位于p衬底之上，n-漂移区、埋氧层和p衬底组成soi基底，即绝缘体上的硅结构；

5、n-漂移区的左侧上层为p-base区，右侧上层设置有缓冲层n-buffer和集电极p-collector，集电极p-collector的右侧与器件的右侧相齐平，所述集电极p-collector的左侧和下侧均与缓冲层n-buffer相接触，集电极p-collector与缓冲层n-buffer之间形成一pn结；

6、浮空欧姆接触、n+型多晶硅、p+型多晶硅与collector电极相连，构成一多晶硅二极管，所述浮空欧姆接触与缓冲层n-buffer的上表面部分相接，使得所述多晶硅二极管与pn结形成并联结构。

7、作为一种具体的实施方式，所述p-base区的深度大于缓冲层n-buffer的深度。

8、本发明的另一个目的是提供一种可快速关断的ligbt的制备方法，包括以下步骤：

9、步骤1）提供soi基底，所述soi基底包括由下至上依次设置的p衬底、埋氧层、n-漂移区；

10、步骤2）通过离子注入与推结的方式在n-漂移区的左侧和右侧分别形成p-base区和缓冲层n-buffer；

11、步骤3）利用湿法氧化在n-漂移区的中部上表面生成场氧化层；

12、步骤4）利用干法氧化的方式在场氧化层的左右两侧形成栅氧，并在其上沉积一层6000埃-8000埃厚度的多晶硅，再利用刻蚀工艺分别形成nmos的多晶硅栅和多晶硅二极管的体区；

13、步骤5）在soi基底上通过高能离子注入硼并在1150℃温度条件下高温退火，形成p+区和集电极p-collector；通过高能离子注入磷并在1000℃的温度条件下退火，形成n+区，而后通过干法刻蚀去除多晶硅；

14、步骤6）通过光刻腐蚀形成发射极、栅极、浮空欧姆接触及collector电极。

15、作为一种具体的实施方式，步骤1）中，n-漂移区的掺杂浓度为5e14cm-3，p衬底的掺杂浓度为1e17cm-3。

16、作为一种具体的实施方式，步骤1）中所述soi基底的厚度为25微米，埋氧层的厚度为3微米。

17、作为一种具体的实施方式，步骤2）中推结过程采用了温度1150℃，推结时间在200-300min之间。

18、作为一种具体的实施方式，步骤3）中，湿法氧化生成的场氧化层的厚度在10000埃-12000埃之间。

19、作为一种具体的实施方式，步骤4）中，栅氧的厚度在800埃-1000埃之间。

20、作为一种具体的实施方式，步骤5）中，高能离子注入硼采用的剂量为1e15~5e15，能量为40-60kev，高温退火时间为90-120min；高能离子注入磷采用的剂量为1e15~5e15，能量为80-120kev，高温退火时间为30-60min。

21、与现有技术相比，本发明的ligbt具有以下优点：本发明的可快速关断的ligbt，其通过集电极p-collector与缓冲层n-buffer之间形成一pn结，并联由浮空欧姆接触、p+型多晶硅、n+型多晶硅及collector电极形成的多晶硅二极管。在阻断态时，势垒区产生的电子全部经过多晶硅二极管到达collector电极，所以该器件的击穿电压不再受基区开路的p-n-p晶体管的影响。在关断时，漂移区的电子可以经过多晶硅二极管到达collector电极而不会有空穴注入，所以器件可以实现快速关断。

技术特征：

1.一种可快速关断的ligbt，其特征在于，包括从左至右设置的发射极、p-base区、栅极、n-漂移区、场氧化层、缓冲层n-buffer、浮空欧姆接触、n+型多晶硅、p+型多晶硅、collector电极，

2.根据权利要求1所述的一种可快速关断的ligbt，其特征在于，所述p-base区的深度大于缓冲层n-buffer的深度。

3.一种可快速关断的ligbt的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种可快速关断的ligbt的制备方法，其特征在于，步骤1）中，n-漂移区的掺杂浓度为5e14cm-3，p衬底的掺杂浓度为1e17cm-3。

5.根据权利要求3所述的一种可快速关断的ligbt的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述soi基底的厚度为25微米，埋氧层的厚度为3微米。

6.根据权利要求3所述的一种可快速关断的ligbt的制备方法，其特征在于，步骤2）中推结过程采用了温度1150℃，推结时间在200-300min之间。

7.根据权利要求3所述的一种可快速关断的ligbt的制备方法，其特征在于，步骤3）中，湿法氧化生成的场氧化层的厚度在10000埃-12000埃之间。

8.根据权利要求3所述的一种可快速关断的ligbt的制备方法，其特征在于，步骤4）中，栅氧的厚度在800埃-1000埃之间。

9.根据权利要求3所述的一种可快速关断的ligbt的制备方法，其特征在于，步骤5）中，高能离子注入硼采用的剂量为1e15~5e15，能量为40-60kev，高温退火时间为90-120min；高能离子注入磷采用的剂量为1e15~5e15，能量为80-120kev，高温退火时间为30-60min。

技术总结
本发明公开了一种可快速关断的LIGBT及其制备方法，LIGBT包括从左至右设置的发射极、P‑base区、栅极、N‑漂移区、场氧化层、缓冲层N‑buffer、浮空欧姆接触、N+型多晶硅、P+型多晶硅、Collector电极，本发明的LIGBT在阻断态时，势垒区产生的电子全部经过多晶硅二极管到达Collector电极，使得器件击穿电压不再受基区开路的P‑N‑P晶体管的影响，在关断时，漂移区的电子可以经过多晶硅二极管到达Collector电极而不会有空穴注入，所以器件可以实现快速关断。

技术研发人员：付国振,周炳,赵承杰
受保护的技术使用者：张家港意发功率半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12