具有横向绝缘栅极双极性晶体管的功率元件及其制造方法技术

一种具有横向绝缘栅极双极性晶体管的功率元件及其制造方法。该功率元件形成于一半导体基板上，包含：多个横向绝缘栅极双极性晶体管彼此并联；以及顺向导通单元，与多个横向绝缘栅极双极性晶体管并联，顺向导通单元由PN二极管与肖特基二极管并联形成；其中PN二极管与肖特基二极管共享外延层中的N型区、反向端、N型延伸区、场氧化区、栅极以及P型区；其中N型区与P型区形成PN结，由俯视图视之，PN结具有交错的梳齿交界面；其中金属导线于交错的梳齿交界面正上方延伸，交错接触下方的N型区与P型区。交错接触下方的N型区与P型区。交错接触下方的N型区与P型区。

【技术实现步骤摘要】
具有横向绝缘栅极双极性晶体管的功率元件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种功率元件，特别是指一种具有横向绝缘栅极双极性晶体管(lateral insulated gate bipolar transistor，LIGBT)的功率元件。本专利技术还涉及功率元件的制造方法。

技术介绍

[0002]图1A与图1B显示一种现有技术的具有横向绝缘栅极双极性晶体管(lateral insulated gate bipolar transistor，LIGBT)的功率元件(功率元件100)的俯视示意图与剖视示意图。功率元件100用以控制飞轮马达中的飞轮电流；其中飞轮电流流经功率元件100后，以驱动飞轮马达。其中，飞轮马达用以控制飞轮(flywheel)，以于飞轮的旋转运动中储存旋转动能，其为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述。一般而言，功率元件100包含多个彼此并联的LIGBT，以及一个PN二极管，其中PN二极管与多个LIGBT并联。由于PN二极管会产生高的反向恢复电荷(reverse recovery charge，Qrr)，使得功率元件100的切换速度受到限制，并产生不可忽视的功率损耗与相对于金属氧化半导体(metal oxide semiconductor，MOS)功率元件较低的电能转换效率。
[0003]如图1A与图1B所示，功率元件100形成于半导体基板11上，其包含彼此并联的横向绝缘栅极双极性晶体管LIGBT1及LIGBT2以及PN二极管PN1。图1B显示图1A中，剖线AA
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的剖视示意图。PN二极管PN1包括第一场氧化区121、第一N型区131、第一N型延伸区141、第一P型区151、第一栅极161、反向端171以及顺向端181；其中，第一N型区131、第一N型延伸区141、第一P型区151、反向端171以及顺向端181都形成于第一绝缘底层12上的一外延层中。第一绝缘结构ISO1包括第一绝缘底层12以及第一绝缘侧壁123，其中第一绝缘底层12形成于半导体基板11上并连接于半导体基板11。第一绝缘结构ISO1在外延层的上表面下，封闭式地包围PN二极管PN1，使PN二极管PN1在外延层的上表面下，电气隔绝其他元件。
[0004]横向绝缘栅极双极性晶体管LIGBT1及LIGBT2并联，都形成于半导体基板11上，且结构相同。其中，如图1A与图1B所示，横向绝缘栅极双极性晶体管LIGBT2包括第二场氧化区122、第二N型区132、第二N型延伸区142、第二P型区152、第二栅极162、漏极172、发射极182以及P型接触极184；其中，第二N型区132、第二N型延伸区142、第二P型区152、漏极172、发射极182以及P型接触极184形成于第二绝缘底层12
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上的该外延层中。第二绝缘结构ISO2包括第二绝缘底层12
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以及第二绝缘侧壁124，其中第二绝缘结构ISO2在外延层的上表面下，封闭式地包围横向绝缘栅极双极性晶体管LIGBT1与LIGBT2，使横向绝缘栅极双极性晶体管LIGBT1与LIGBT2在外延层的上表面下，电气隔绝其他元件。横向绝缘栅极双极性晶体管LIGBT1与横向绝缘栅极双极性晶体管LIGBT2结构上完全相同，以彼此并联方式电连接。如图1A所示，第三绝缘侧壁125形成环状封闭侧壁，将第一绝缘侧壁123与第二绝缘侧壁124包围于其中，也就是将功率元件100包围于第三绝缘侧壁125所形成的环状封闭侧壁中。
[0005]如前所述，以功率元件100控制飞轮马达中的飞轮电流，由于PN二极管PN1会产生高的反向恢复电荷(reverse recovery charge，Qrr)，使得功率元件100的切换速度受到限
制，并产生不可忽视的功率损耗与相对较低的电能转换效率。
[0006]有鉴于此，本专利技术即针对上述现有技术的不足，提出一种具有横向绝缘栅极双极性晶体管的功率元件及其制造方法，可降低Qrr提高功率元件100的切换速度，又可以降低功率消耗，以提高电能转换效率。

技术实现思路

[0007]就其中一个观点言，本专利技术提供了一种功率元件，包含：多个横向绝缘栅极双极性晶体管(lateral insulated gate bipolar transistor，LIGBT)，彼此并联；以及一顺向导通单元，与该多个横向绝缘栅极双极性晶体管并联，该顺向导通单元由一PN二极管与一肖特基二极管并联形成；其中该PN二极管与该肖特基二极管共享一第一N型区、一反向端、一第一N型延伸区、一第一场氧化区、一第一栅极以及一第一P型区；其中该第一N型区、该反向端、该第一N型延伸区以及该第一P型区形成于该半导体基板上的一外延层中；其中该第一N型区与该第一P型区形成一PN结，由俯视图视之，该PN接面具有一交错的梳齿交界面(staggered comb-teeth interface)；其中一金属导线于该交错的梳齿交界面正上方延伸，交错接触下方的该第一N型区与该第一P型区。
[0008]就另一观点言，本专利技术提供了一种功率元件制造方法，其中该功率元件形成于一半导体基板上，该功率元件制造方法包含：形成彼此并联的多个横向绝缘栅极双极性晶体管(lateral insulated gate bipolar transistor，LIGBT)；以及形成一顺向导通单元，与该多个横向绝缘栅极双极性晶体管并联，其中该顺向导通单元由一PN二极管与一肖特基二极管并联所形成；其中该PN二极管与该肖特基二极管共享一第一N型区、一反向端、一第一N型延伸区、一第一场氧化区、一第一栅极以及一第一P型区；其中该第一N型区、该反向端、该第一N型延伸区以及该第一P型区形成于该半导体基板上的一外延层中；其中该第一N型区与该第一P型区形成一PN结，由俯视图视之，该PN接面具有一交错的梳齿交界面(staggered comb-teeth interface)；其中一金属导线于该交错的梳齿交界面正上方延伸，交错接触下方的该第一N型区与该第一P型区。
[0009]在一种较佳的实施型态中，该横向绝缘栅极双极性晶体管的一发射极与一漏极分别与该顺向导通单元的一顺向端与该反向端对应电连接。
[0010]在一种较佳的实施型态中，该顺向导通单元的底面与侧面由一第一绝缘结构所包围，且该多个横向绝缘栅极双极性晶体管的底面与侧面由一第二绝缘结构所包围。
[0011]在一种较佳的实施型态中，该横向绝缘栅极双极性晶体管包括：一第二N型区，形成于该半导体基板上的该外延层中；一第二P型区，形成于该外延层中；一发射极，具有N型导电型，形成于该第二P型区中；一P型接触极，形成于该第二P型区中，以作为该第二P型区的电气接点；一第二栅极，形成于该外延层上，其中部分该第二栅极连接于该第二P型区之上；一第二N型延伸区，形成于该第二N型区中，且该第二N型延伸区与该第二P型区由该第二N型区隔开；一漏极，具有P型导电型，形成于该第二N型延伸区中；以及一第二场氧化区，形成于该外延层上，位于该发射极与该漏极之间。
[0012]在一种较佳的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率元件，形成于一半导体基板上，包含：多个横向绝缘栅极双极性晶体管，彼此并联；以及一顺向导通单元，与该多个横向绝缘栅极双极性晶体管并联，该顺向导通单元由一PN二极管与一肖特基二极管并联形成；其中该PN二极管与该肖特基二极管共享一第一N型区、一反向端、一第一N型延伸区、一第一场氧化区、一第一栅极以及一第一P型区；其中该第一N型区、该反向端、该第一N型延伸区以及该第一P型区形成于该半导体基板上的一外延层中；其中该第一N型区与该第一P型区形成一PN结，由俯视图视之，该PN结具有一交错的梳齿交界面；其中一金属导线于该交错的梳齿交界面正上方延伸，交错接触下方的该第一N型区与该第一P型区。2.如权利要求1所述的功率元件，其中，该横向绝缘栅极双极性晶体管的一发射极与一漏极分别与该顺向导通单元的一顺向端与该反向端对应电连接。3.如权利要求1所述的功率元件，其中，该顺向导通单元的底面与侧面由一第一绝缘结构所包围，且该多个横向绝缘栅极双极性晶体管的底面与侧面由一第二绝缘结构所包围。4.如权利要求1所述的功率元件，其中，该横向绝缘栅极双极性晶体管包括：一第二N型区，形成于该半导体基板上的该外延层中；一第二P型区，形成于该外延层中；一发射极，具有N型导电型，形成于该第二P型区中；一P型接触极，形成于该第二P型区中，以作为该第二P型区的电气接点；一第二栅极，形成于该外延层上，其中部分该第二栅极连接于该第二P型区之上；一第二N型延伸区，形成于该第二N型区中，且该第二N型延伸区与该第二P型区由该第二N型区隔开；一漏极，具有P型导电型，形成于该第二N型延伸区中；以及一第二场氧化区，形成于该外延层上，位于该发射极与该漏极之间。5.如权利要求4所述的功率元件，其中，该第一N型延伸区与该第二N型延伸区、该第一P型区与该第二P型区、该反向端与该发射极，分别由对应相同的微影工艺步骤与离子注入工艺步骤同时形成；其中该第一栅极与该第二栅极由相同的一栅极工艺步骤同时形成；其中该第一场氧化区与该第二场氧化区由相同的一氧化工艺步骤同时形成。6.如权利要求1所述的功率元件，其中，该第一栅极于该交错的梳齿交界面正上方延伸，交错接触下方的该第一N型区与该第一P型区，其中该第一栅极与该金属导线平行排列且不直接接触。7.如权利要求3所述的功率元件，其中，该半导体基板上由一绝缘层完全接触覆盖，且该外延层形成并接触于该绝缘层上，部分该绝缘层用以作为该第一绝缘结构的一第一绝缘底层，且另一部分该绝缘层用以作为该第二绝缘结构的一第二绝缘底层。8.如权利要求4所述的功率元件，其中，该外延层具有N型导电型，且部分该外延层用以作为该第一N型区，且另一部分该外延层用以作为该第二N型区。
9.如权利要求4所述的功率元件，其中，该外延层具有P型导电型，且该第一N型区与该第二N型区由相同的微影工艺步骤与离子注入工艺步骤同时形成。10.一种功率元件制造方法，其中，该功率元件形成于一半导体基板上，该功率元件制造方法包含：形成彼此并联的多个横向绝缘栅极双极性晶体管；以及形成一顺向导通单元，与该多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志丰，林容生，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：