一种新型绝缘栅双极型晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体元器件技术领域，具体涉及一种新型绝缘栅双极型晶体管。
【背景技术】
[0002]近来，用于机器人、空调、机床等的逆变器(inverter)或以办公室专用不间断电源为代表的工业用电子设备、日常生活中使用的小型电源转换器的需求正在急剧增加。而电源转换器随着应用范围日益扩大，设备的小型轻量化、高效化、低噪音化越来越被重视。然而，仅靠双极型三极管(Bipolar Junct1n Transistor:BJT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS Field Effect Transistor:M0SFET，M0S场效应管)等现有的电力半导体器件难以满足上述要求。因此，作为兼具大功率M0SFET快速开关特性和BJT大功率特性的全新半导体器件，近来，绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor:1GBT)的开发备受瞩目。
[0003]上述的IGBT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1C的器件；另外，IGBT从结构上存在由P+阳极(Anode) (Α)、η型外延层(或漂移层)、ρ基区及η+阴极(Κ)构成的寄生晶闸管。当上述的IGBT正常工作时，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，这就是闩锁特性。发生上述的闩锁效应时，IGBT会使M0S栅极丧失控制能力，同时，上述的闩锁效应会限制IGBT的电流控制能力，并决定安全工作区；
[0004]而为使空穴电流流向器件表面，现有技术中的IGBT如图1所示，提出了在抑制空穴注入的η+缓冲层追加栅极的结构:
[0005]在导通状态下经过沟道流入漂移区的电子被用于由ρ+阳极(Α)、η型外延层(10)、Ρ+阴极(Κ)构成的ρηρ晶体管之基极电流；届时，沟道末端会因电子浓度的升高而使阻抗减少，因此从Ρ+阳极(Α)注入的空穴大部分流入沟道，经过ρ-基区流入阴极(Κ)。因此，导通状态下的压降等于Ρ+阳极(Α)、η+型缓冲层(20)的导通电压以及外延区的压降、ρ-基区的压降之和。而若经过阴极(Κ)下方ρ-基区时由被遗弃的空穴引起的压降为0.7V以上，由阴极(Κ)、ρ-基区、外延区构成的寄生ηρη晶体管就会导通，电子就不经过沟道而直接经过Ρ-基区并注入漂移区。如同上述过程，IGBT的寄生晶闸管会导通，这就是闩锁(latch-up)。而现有的IGBT存在阈值电压控制较难、工艺复杂等缺点。此外，现有的IGBT尽管有导通电阻低、输入阻抗高以及驱动电路单纯等优点，但也有开关速度相对较慢等缺点。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型公开了一种新型绝缘栅双极型晶体管，旨在提供一种高抗闩锁性能，且能够快速完成开关的绝缘栅双极型晶体管。
[0007]本实用新型的技术方案如下:
[0008]—种新型绝缘栅双极型晶体管，包括ρ型半导体衬底、形成于所述ρ型衬底上的埋氧层、形成于所述埋氧层上的η型外延层，所述η型外延层的一侧设有ρ型杂质离子形成的具有预定深度的Ρ-/Ρ+基区；所述η型外延层的另一侧设有ρ型杂质离子形成的具有预定深度的Ρ+环；所述Ρ-/Ρ+基区设有η型杂质离子形成的具有预定深度的η+区；所述ρ-/ρ+基区上形成第一栅极和阴极，所述Ρ+环上形成阳极，所述阴极和阳极之间形成第二栅极。
[0009]作为优选，还包括设于所述阴极和阳极之间的第三栅极。
[0010]作为优选，还包括设于所述阴极和阳极之间的第四栅极、第五栅极、第六栅极、第七栅极。
[0011]本实用新型的绝缘栅双极型晶体管为了抑制闩锁效应，设置了 ρ+环和ρ沟道栅，从而减少了经过Ρ-基区的空穴电流量，同时把所有空穴电流的方向转向了器件的表面，此夕卜，这还大大改善了反沟道结构的缺点之一，即较小的电流密度特性；不仅如此，由于设置了 ρ+环和ρ型沟道栅，就不需要遏制空穴注入的η-缓冲层，因此可减少相当于η-缓冲层的光掩膜一张，简化了结构；就关断开关特性而言，与具有限制开关速度的尾电流特性的现有结构不同，残存在Ρ基区的少数载流子即空穴经过所形成的Ρ沟道流向阴极，而不是复合，因此不出现尾电流特性，从而提供了一种高抗闩锁性能，且能够快速完成开关的绝缘栅双极型晶体管。
【附图说明】
[0012]图1是现有技术中IGBT结构示意图的剖面图；
[0013]图2是本实用新型在一实施例中的结构示意图的剖面图；
[0014]图3是本实用新型在另一实施例中的结构示意图的剖面图；
[0015]图4是本实用新型在又一实施例中的结构示意图的剖面图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细阐述。
[0017]如图2所示，本实用新型公开的新型绝缘栅双极型晶体管包括ρ型半导体衬底50、形成于所述Ρ型衬底50上的埋氧层60、形成于所述埋氧层60上的η型外延层70，所述η型外延层70的一侧设有ρ型杂质离子形成的具有预定深度的ρ-/ρ+基区80 ;所述η型外延层70的另一侧设有ρ型杂质离子形成的具有预定深度的ρ+环90 ;所述ρ_/ρ+基区80设有η型杂质离子形成的具有预定深度的η+区100 ;所述ρ-/ρ+基区80上形成第一栅极G1和阴极Κ，所述ρ+环90上形成阳极Α，所述阴极Κ和阳极Α之间形成第二栅极G2;
[0018]如图3所示，在一优选实施例中，还包括设于所述阴极K和阳极A之间的第三栅极G3;
[0019]如图4所示，在另一优选实施例中，还包括设于所述阴极K和阳极A之间的第四栅极G4、第五栅极G5、第六栅极G6、第七栅极G7。
[0020]本实用新型公开的上述新型绝缘栅双极型晶体管为了抑制闩锁效应，设置了 p+环90和ρ沟道栅G2?G7，从而减少了经过ρ-基区的空穴电流量，同时把所有空穴电流的方向转向了器件的表面；
[0021]此外，这还大大改善了反沟道结构的缺点之一，即较小的电流密度特性，不仅如此，由于设置了 P+环90和ρ型沟道栅G2?G7，就不需要遏制空穴注入的η-缓冲层，因此可减少相当于η-缓冲层的光掩膜一张，进而简化结构；
[0022]就关断开关特性而言，与具有限制开关速度的尾电流特性的现有结构不同，在本发明提出的结构上，残存在Ρ基区的少数载流子即空穴经过所形成的Ρ沟道流向阴极Κ，而不是复合，因此不出现尾电流特性，详细说明如下:
[0023]首先，若对p-MOS栅外加负电压，表面会形成ρ沟道，导通时在ρ+阳极Α注入的空穴大部分会沿着器件表面抵达阴极K ;
[0024]因此，经过引起闩锁效应的p-/p+基区80的空穴量会减少，这不仅能改善其特性，而且因η型缓冲层的消失使得结构变得更加简单；
[0025]此外，关断时残存在外延层表面的少数载流子在与残存在η基层的电子复合之前，会经过Ρ-基区流向阴极Κ，因此可获得在IGBT的关断特性中所谓的最大缺点，即不存在尾电流的良好关断特性；从而提供了一种高抗闩锁性能，且能够快速完成开关的绝缘栅双极型晶体管。
[0026]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】
1.一种新型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:包括p型半导体衬底、形成于所述p型衬底上的埋氧层、形成于所述埋氧层上的η型外延层，所述η型外延层的一侧设有ρ型杂质离子形成的具有预定深度的Ρ-/Ρ+基区；所述η型外延层的另一侧设有ρ型杂质离子形成的具有预定深度的Ρ+环；所述Ρ-/Ρ+基区设有η型杂质离子形成的具有预定深度的η+区；所述Ρ-/Ρ+基区上形成第一栅极和阴极，所述Ρ+环上形成阳极，所述阴极和阳极之间形成第二栅极。2.如权利要求1所述的新型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:还包括设于所述阴极和阳极之间的第三栅极。3.如权利要求1所述的新型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于:还包括设于所述阴极和阳极之间的第四栅极、第五栅极、第六栅极、第七栅极。
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型绝缘栅双极型晶体管，包括p型半导体衬底、形成于所述p型衬底上的埋氧层、形成于所述埋氧层上的n型外延层，所述n型外延层的一侧设有p型杂质离子形成的具有预定深度的p-/p+基区；所述n型外延层的另一侧设有p型杂质离子形成的具有预定深度的p+环；所述p-/p+基区设有n型杂质离子形成的具有预定深度的n+区；所述p-/p+基区上形成第一栅极和阴极，所述p+环上形成阳极，所述阴极和阳极之间形成第二栅极。本实用新型旨在提供一种高抗闩锁性能，且能够快速完成开关的绝缘栅双极型晶体管。
【IPC分类】H01L29/06, H01L29/739
【公开号】CN205159333
【申请号】CN201520773871
【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4月13日
【申请日】2015年10月8日