绝缘栅双极型晶体管放大器电路制造技术

本发明专利技术提供了一种横向IGBT晶体管，其包括双极型晶体管和IGFET。横向IGBT包括在IGFET的漏极与双极型晶体管的基极之间的低电阻率连接、以及被布置在IGFET与双极型晶体管之间的隔离层。该新颖的结构提供了抗闩锁且给出较高增益和可靠性的器件。该结构可以利用可在代工厂获得的标准CMOS技术来实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件。具体地，本专利技术涉及将场效应晶体管与双极型晶体管结合在一起的混合形式的半导体器件。
技术介绍
近些年，对高度集成的半导体器件领域的关注正在增长，该高度集成的半导体器件可以用于功率管理和信号放大。美国专利第5,126,806号描述了横向绝缘栅双极型晶体管(IGBT)(参考文献1)，其尤其适合高功率开关应用。所公开的是其源极和漏极分别连接到横向双极型晶体管的基极和发射极的增强型IGFET器件。当适当的栅极输入电压(在此是正电荷的形式)被施加到IGFET时，沟道导电，从而将双极型晶体管偏置到导电状态。施加到栅极电极上的电荷可以用于控制通过双极型器件的大电流，其在电力应用中具有特别的意义。但是，高电压下的安全开关操作需要在双极型晶体管中的非常宽的基极和较低的增益。如由Bakeroot等在IEEEEDL-28,pp.416-418,2007中所描述的，各种形式的所述器件已经被集成到现代CMOS工艺中(参考文献2)。与此相关的还有，JournalofElectricalandElectronicsEngineering，vol.3，pp.35-52,2012中的，由E.KhoChingTee所著的名称为“AreviewoftechniquesusedinLateralInsulatedGateBipolarTransistor(LIGBT)”的报告(参考文献3)。虽然这种类型的器件对各种形式的电力开关非常有用，但是由于其需要高压能力和较低的内部增益，所以它对于包含在进行功率管理和信号放大的低压高度集成电路中的器件而言是不利的。图1A示出横向绝缘栅双极型晶体管器件(LIGBT)形式的现有技术的示例，诸如上文提及的由Sakurai等的美国专利第5,126,806号中所描述的横向绝缘栅双极型晶体管器件。集成器件30在低掺杂n型层35中构造，该低掺杂n型层35包含杂质浓度比n型层杂质浓度更高的p型掺杂层50和杂质浓度超过p型掺杂层50的p+层70。在p型掺杂层50中设置有n+层60，其杂质浓度比p型层50的杂质浓度更高。p型掺杂层50和n+层60被发射极电极55电短路。集电极电极65形成到p+层70的欧姆接触。绝缘膜充当栅极电介质40且将栅极电极45与衬底分开。当向栅极电极45施加正电势时，在栅极电介质40下方的p型层50的表面部分的导电性反型，以形成n型沟道。然后来自n+层60的电子可以通过沟道从n-层35穿过到p+层70，正空穴从p+层70处被注入。因此，在图1A中，具有高电阻率n-层35被电导率调制以在阳极(C)和阴极(E)之间提供低电阻路径。这样可以实现低导通电阻和优良的正向阻断特征，这对于各种形式的电力开关是非常有用的。存在对上文描述的实施方案的许多修改，其重点在改进开关性能上，其中的一些在JournalofElectricalandElectronicsEngineering，vol.3，pp.35-52，2012中发表的由E.KhoChingTee所著的“AreviewoftechniquesusedinLateralInsulatedGateBipolarTransistor(LIGBT)”的报告中涉及。图1B是针对图1A中的器件的等效电路图。示出了三个端子C、E和G。该器件还利用外部的背侧衬底电极。n型IGFET将其源极和体端子在(E)处绑在一起，且继而这些通过体电阻R1被连接到横向双极pnp晶体管的集电层(C)。还示出了横向pnp晶体管的基极端子如何通过可变电阻R2连接到IGFET的漏极，可变电阻R2镜像了导电率调制。在图1B中包含垂直寄生npn晶体管，其基极连接到横向pnp晶体管的集电极，以示出LIGBT包含类似半导体闸流管的结构。一旦该半导体闸流管引起闩锁效应，则LIGBT器件可以不再由栅极电势控制。闩锁效应的条件是：αnpn+αpnp≥1,其中αnpn和αpnp分别是寄生npn晶体管和pnp晶体管的共基极电流增益。为了减小闩锁效应的风险，降低两个晶体管中的电流增益α是必要的。由于pnp晶体管承担导通压降，所以npn晶体管的增益必须通过例如提高在发射极层之下的基极掺杂(降低基极电阻)来抑制。
技术实现思路
显然，为了作为放大电路在商业上有吸引力，现有技术的混合半导体器件需要被改进，尤其是在闩锁效应方面。本专利技术的目的在于提供一种克服了现有技术器件缺点的IGBT器件。这通过如权利要求1中限定的器件来实现。横向IGBT晶体管被提供，其包括双极型晶体管和IGFET，其具有在IGFET的漏极与双极型晶体管的基极之间的低电阻率连接，以及布置在IGFET与双极型晶体管之间的隔离层，从而提供抗闩锁性。根据本专利技术的一个实施方案，横向IGBT晶体管是横向n沟道IGBT晶体管，其包括双极型PNP晶体管和n沟道IGFET。横向n沟道IGBT晶体管包括半导体衬底和绝缘层，该绝缘层隐埋在半导体衬底中，且至少覆盖双极型PNP晶体管。双极型PNP晶体管包括：-p型集电极层，其布置在绝缘层的一部分的上方，且延伸到半导体衬底的上表面，形成双极型PNP晶体管的集电极；-n型基极层，其布置在p型集电极层中，且延伸到半导体衬底的上表面，形成双极型PNP晶体管的基极；以及-p型发射极层，其布置在n型基极层中，且延伸到半导体衬底的上表面，形成双极型PNP晶体管的发射极。n沟道IGFET包括：-p阱，其从半导体衬底的上表面延伸到半导体衬底中；-沟道层，其在半导体衬底的上表面附近且布置在栅极结构的下方；-n型源极层，其形成n沟道IGFET的源极；以及-n型漏极层，其形成n沟道IGFET的漏极。根据本实施方案的横向n沟道IGBT晶体管被设置有：-n阱层，其与n沟道IGFET的p阱和双极型PNP晶体管的集电极层相邻。n型基极层被集电极层包围。n阱层围绕集电极层且与绝缘层接触，提供了双极型PNP晶体管的器件隔离，-低电阻率互连层，其从漏极层延伸到基极层，形成低电阻率互连且同时提供到基极层的欧姆接触。低电阻率互连层布置成至少部分在p阱上且至少部分在集电极层上且至少部分在n阱层上。根据本专利技术的另一个实施方案，横向IGBT晶体管是横向p沟道IGBT晶体管，其包括双极型npn晶体管和p沟道IGFET。横向p沟道IGBT晶体管包括半导体衬底和隐埋的n型层，该隐埋的n型层布置在半导体衬底中，至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种横向IGBT晶体管，其包括双极型晶体管和IGFET，其中IGFET是常规类型或是扩展漏极类型，其特征在于：‑在IGFET的漏极与双极型晶体管的基极之间的低电阻率连接，以及；‑布置在IGFET与双极型晶体管之间的隔离层，从而提供抗闩锁性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.16 SE 1350595-31.一种横向IGBT晶体管，其包括双极型晶体管和IGFET，其中
IGFET是常规类型或是扩展漏极类型，其特征在于：
-在IGFET的漏极与双极型晶体管的基极之间的低电阻率连接，以
及；
-布置在IGFET与双极型晶体管之间的隔离层，
从而提供抗闩锁性。
2.根据权利要求1所述的横向IGBT晶体管，其中，横向IGBT
晶体管是横向N沟道IGBT晶体管(100)，其包括双极型PNP晶体
管(102)和N沟道IGFET(101)，其中横向N沟道IGBT晶体管(100)
包括：
-半导体衬底(115)；以及
-绝缘层(120)，其隐埋在半导体衬底中，且至少覆盖双极型PNP
晶体管和至少部分的IGFET的漏极层(136a)；
并且其中，双极型PNP晶体管(102)包括：
-p型集电极层(125b)，其布置在绝缘层(120)的一部分的上方，
并且延伸到半导体衬底(115)的上表面，所述p型集电极层形成双极
型PNP晶体管的集电极；
-n型基极层(127b)，其布置在p型集电极层(125b)中，并且
延伸到半导体衬底(115)的上表面，所述n型基极层形成双极型PNP
晶体管的基极；以及
-p型发射极层(145)，其布置在n型基极层(127b)中，并且延
伸到半导体衬底(115)的上表面，所述p型发射极层形成双极型PNP
晶体管的发射极；
并且其中，n沟道IGFET包括：
-p阱(125a)，其从半导体衬底(115)的上表面延伸到半导体衬
底(115)中；
-沟道层(126)，其在半导体衬底(115)的上表面附近且布置在
栅极结构(156)的下方，
-n型源极层(135)，其形成n沟道IGFET(101)的源极；以及
-n型漏极层(136a)，其形成n沟道IGFET(101)的漏极；
横向n沟道IGBT晶体管(100)的特征在于：
-n阱层(130)，其与n沟道IGFET(101)的p阱(125a)和双
极型PNP晶体管(102)的集电极层(125b)相邻，并且其中n型基极
层(127b)被集电极层(125b)包围，且n阱层(130)围绕集电极层
(125b)且与绝缘层(120)接触，提供了双极型PNP晶体管(102)
的器件隔离；以及
-低电阻率互连层(136c)，其从漏极层(136a)延伸到基极层(136b)，
形成低电阻率互连，并且同时提供到基极层(136b)的欧姆接触，低
电阻率互连层(136c)布置成至少部分在p阱(125a)上且至少部分
在集电极层(125b)上且至少部分在n阱层(130)上。
3.根据权利要求2所述的横向N沟道IGBT晶体管(100)，其特
征在于，半导体衬底(115)包括隐埋的氧化层，并且绝缘层(120)
由延伸在整个衬底上方的氧化层形成。
4.根据权利要求2所述的横向N沟道IGBT晶体管(100)，其特
征在于，互连层(136c)被设置有开口，以允许接触到集电极层(125b)。
5.根据权利要求2所述的横向N沟道IGBT晶体管(100)，其特
征在于，至少互连层(136c)被低电阻率的硅化物层分路。
6.根据权利要求2所述的横向N沟道IGBT晶体管(100)，其特
征在于，互连层(136c)由从漏极层(136a)到基极层(136b)横跨
的金属桥分路。
7.根据权利要求2所述的横向N沟道晶体管(100)，还设置有p
型集电极接触层(150)以及氧化隔离层(310)，p型集电极接触层(150)
与p型层(125b)接触，氧化隔离层(310)围绕发射极(145)和集
电极接触层(150)，并且其中互连层(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：KH·埃克隆德，
申请(专利权)人：埃克隆德创新公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE