一种绝缘栅双极型晶体管及其制备方法技术

一种绝缘栅双极型晶体管及其制备方法，绝缘栅双极型晶体管包括：半导体层，半导体层包括漂移区和位于漂移区顶部的阱区；栅极结构，栅极结构贯穿阱区且延伸至漂移区中，栅极结构具有相对的第一侧和第二侧；发射掺杂区，位于栅极结构的第一侧的阱区中部分顶部区域且与栅极结构邻接，发射掺杂区的导电类型和阱区的导电类型相反；所述栅极结构的第二侧的部分阱区中的凹槽；位于凹槽底部阱区中的欧姆接触区，欧姆接触区与栅极结构的第二侧的部分侧壁接触，欧姆接触区的导电类型和阱区的导电类型相同。绝缘栅双极型晶体管在保证阈值电压较小的同时能增强抗栓锁效应的能力。的同时能增强抗栓锁效应的能力。的同时能增强抗栓锁效应的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘栅双极型晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种绝缘栅双极型晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又称作绝缘栅双极型晶体管，是目前最具代表性的电力电子器件。绝缘栅双极型晶体管是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT同时集成了功率MOS器件的电压控制开关、工作频率高与驱动控制电路简单的优点和双极晶体管双极导电的优点，具有高输入阻抗和低导通压降，因此绝缘栅双极型晶体管作为一种重要的开关器件被广泛应用在各种开关电路结构中，如绝缘栅双极型晶体管应用在变频器和逆变器等电路结构中。
[0003]然而，现有的绝缘栅双极型晶体管无法兼顾阈值电压较小且增强抗栓锁效应的能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的绝缘栅双极型晶体管无法兼顾阈值电压较小且增强抗栓锁效应的能力问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种绝缘栅双极型晶体管，包括：半导体层，所述半导体层包括漂移区和位于漂移区顶部的阱区，所述漂移区的导电类型与所述阱区的导电类型相反；栅极结构，所述栅极结构贯穿阱区且延伸至漂移区中，所述栅极结构具有相对的第一侧和第二侧；发射掺杂区，位于所述栅极结构的第一侧的阱区中部分顶部区域且与所述栅极结构邻接，所述发射掺杂区的导电类型和阱区的导电类型相反；位于所述栅极结构的第二侧的部分阱区中的凹槽；位于所述凹槽底部阱区中的欧姆接触区，所述欧姆接触区与所述栅极结构的第二侧的部分侧壁接触，所述欧姆接触区的导电类型和所述阱区的导电类型相同。
[0006]可选的，所述凹槽的深度大于所述发射掺杂区的纵向尺寸，所述发射掺杂区至所述欧姆接触区的纵向距离大于零。
[0007]可选的，所述凹槽的深度与所述发射掺杂区的纵向尺寸之差为0.2um～3.0um。
[0008]可选的，所述欧姆接触区的横向尺寸为所述发射掺杂区的横向尺寸的1.5倍～3倍。
[0009]可选的，所述半导体层还包括：缓冲层，位于所述漂移区背向所述阱区的一侧表面，所述缓冲层的导电类型和所述漂移区的导电类型相同；集电极层，位于缓冲层背向所述漂移区的一侧表面，所述集电极层的导电类型和所述漂移区的导电类型相反。
[0010]本专利技术还提供一种绝缘栅双极型晶体管的制备方法，包括：提供半导体层；在所述半导体层中形成漂移区、阱区和栅极结构，所述阱区位于漂移区的顶部，所述漂移区的导电类型与所述阱区的导电类型相反，所述栅极结构贯穿阱区且延伸至漂移区中，所述栅极结
构具有相对的第一侧和第二侧；在所述栅极结构的第一侧的阱区中部分顶部区域中形成与所述栅极结构邻接的发射掺杂区，所述发射掺杂区的导电类型和阱区的导电类型相反；在所述栅极结构的第二侧的部分阱区中形成凹槽；在所述凹槽底部的阱区中形成欧姆接触区，所述欧姆接触区与所述栅极结构的第二侧的部分侧壁接触，所述欧姆接触区的导电类型和所述阱区的导电类型相同。
[0011]可选的，形成所述凹槽和所述发射掺杂区的步骤包括：在栅极结构两侧的所述阱区的顶部区域中形成初始发射掺杂区；刻蚀栅极结构的第二侧的部分初始发射掺杂区和初始发射掺杂区底部的部分阱区，以在所述栅极结构的第二侧的部分阱区中形成凹槽，位于所述凹槽一侧侧部且与栅极结构的第一侧的侧壁接触的初始发射掺杂区构成发射掺杂区。
[0012]可选的，还包括：在形成所述初始发射掺杂区之后，且在形成所述凹槽之前，在所述半导体层上形成图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层覆盖所述栅极结构的顶部表面和位于栅极结构第一侧的部分初始发射掺杂区；刻蚀栅极结构的第二侧的部分初始发射掺杂区和初始发射掺杂区底部的部分阱区的步骤为：以所述图形化的掩膜层为掩膜刻蚀所述栅极结构的第二侧的部分初始发射掺杂区和初始发射掺杂区底部的部分阱区；在所述凹槽底部阱区中的欧姆接触区的步骤为：以所述图形化的掩膜层为掩膜，采用离子注入工艺在所述所述凹槽底部的阱区中形成欧姆接触区。
[0013]可选的，还包括：在所述半导体层中形成缓冲层，所述缓冲层位于所述漂移区背向所述阱区的一侧表面，所述缓冲层的导电类型和所述漂移区的导电类型相同；在所述缓冲层背向所述漂移区的一侧表面集电极层，所述集电极层的导电类型和所述漂移区的导电类型相反。
[0014]可选的，所述凹槽的深度大于所述发射掺杂区的纵向尺寸，所述发射掺杂区至所述欧姆接触区的纵向距离大于零。
[0015]可选的，所述凹槽的深度与所述发射掺杂区的纵向尺寸之差为0.2um～3.0um。
[0016]可选的，所述欧姆接触区的横向尺寸为所述发射掺杂区的横向尺寸的1.5倍～3倍。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：
[0018]本专利技术技术方案提供的绝缘栅双极型晶体管中，所述发射掺杂区、发射掺杂区和漂移区之间的阱区以及漂移区构成三级管，其中发射掺杂区和漂移区之间的阱区以及欧姆接触区和所述漂移区之间的阱区作为所述三级管的基极。由于所述欧姆接触区与所述栅极结构的第二侧的部分侧壁接触，因此所述欧姆接触区的横向尺寸增加，这样使得阱区作为基极的电阻较小。在绝缘栅双极型晶体管关断的过程中，从集电极层向流经漂移区和阱区的空穴电流不易使得发射掺杂区和作为所述基极的阱区之间的PN结打开，因此使得绝缘栅双极型晶体管的抗栓锁效应的能力得到增强。其次，位于栅极结构第一侧且与栅极结构邻接的阱区作为沟道区，而位于栅极结构第二侧且栅极结构邻接的阱区并不作为沟道区。由于沟道区位于栅极结构的单侧，欧姆接触区与栅极结构第二侧的侧壁接触，因此即使欧姆接触区横向的尺寸增加，栅极结构第二侧的欧姆接触区不会对栅极结构第一侧的沟道区有离子扩散的影响。对于相邻的栅极结构之间的欧姆接触区和沟道区，由于欧姆接触区距离沟道区具有一定的距离，因此欧姆接触区对沟道区的离子扩散影响较小，沟道区中的阈值电压受到欧姆接触区的影响较小，保证绝缘栅双极型晶体管的阈值电压较小以降低有效功
耗。综上，本专利技术的绝缘栅双极型晶体管在保证阈值电压较小的同时能增强抗栓锁效应的能力。
[0019]本专利技术技术方案提供的绝缘栅双极型晶体管的形成方法中，在所述栅极结构第一侧的阱区中部分顶部区域中形成与所述栅极结构邻接的发射掺杂区，所述发射掺杂区的导电类型和阱区的导电类型相反；在所述栅极结构的第二侧的部分阱区中形成凹槽；在所述凹槽底部的阱区中形成欧姆接触区，所述欧姆接触区与所述栅极结构的第二侧的部分侧壁接触，所述欧姆接触区的导电类型和所述阱区的导电类型相同。所述发射掺杂区、发射掺杂区和漂移区之间的阱区以及漂移区构成三级管，其中发射掺杂区和漂移区之间的阱区以及欧姆接触区和所述漂移区之间的阱区作为所述三级管的基极。由于所述欧姆接触区与所述栅极结构的第二侧的部分侧壁接触，因此所述欧姆接触区的横向尺寸增加，这样使得阱区作为基极的电阻较小。在绝缘栅双极型晶体管关断的过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，包括：半导体层，所述半导体层包括漂移区和位于漂移区顶部的阱区，所述漂移区的导电类型与所述阱区的导电类型相反；栅极结构，所述栅极结构贯穿阱区且延伸至漂移区中，所述栅极结构具有相对的第一侧和第二侧；发射掺杂区，位于所述栅极结构的第一侧的阱区中部分顶部区域且与所述栅极结构邻接，所述发射掺杂区的导电类型和阱区的导电类型相反；位于所述栅极结构的第二侧的部分阱区中的凹槽；位于所述凹槽底部阱区中的欧姆接触区，所述欧姆接触区与所述栅极结构的第二侧的部分侧壁接触，所述欧姆接触区的导电类型和所述阱区的导电类型相同。2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述凹槽的深度大于所述发射掺杂区的纵向尺寸，所述发射掺杂区至所述欧姆接触区的纵向距离大于零。3.根据权利要求2所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述凹槽的深度与所述发射掺杂区的纵向尺寸之差为0.2um～3.0um。4.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述欧姆接触区的横向尺寸为所述发射掺杂区的横向尺寸的1.5倍～3倍。5.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述半导体层还包括：缓冲层，位于所述漂移区背向所述阱区的一侧表面，所述缓冲层的导电类型和所述漂移区的导电类型相同；集电极层，位于缓冲层背向所述漂移区的一侧表面，所述集电极层的导电类型和所述漂移区的导电类型相反。6.一种绝缘栅双极型晶体管的制备方法，其特征在于，包括：提供半导体层；在所述半导体层中形成漂移区、阱区和栅极结构，所述阱区位于漂移区的顶部，所述漂移区的导电类型与所述阱区的导电类型相反，所述栅极结构贯穿阱区且延伸至漂移区中，所述栅极结构具有相对的第一侧和第二侧；在所述栅极结构的第一侧的阱区中部分顶部区域中形成与所述栅极结构邻接的发射掺杂区，所述发射掺杂区的导电类型和阱区的导电类型相反；在所述栅极结构的第二侧的部分阱区中形成凹槽；在所述凹槽底部的阱区中形成欧姆接触区，所述欧姆接触区与所述栅极结构的第二侧的部分侧壁接触，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘江，高明超，李立，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：