一种能调整导通电压值的绝缘双极型晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，更具体地涉及一种能调整导通电压值的绝缘双极型晶体管及其制备方法。一种能调整导通电压的绝缘双极型晶体管，其特征在于，自下到上依次包括集电极层、P+型硅衬底层、N+型缓冲层磊晶硅层、N

【技术实现步骤摘要】
一种能调整导通电压值的绝缘双极型晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，更具体地涉及一种能调整导通电压值的绝缘双极型晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]IGBT是绝缘栅双极型晶体管的简称，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOS的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOS驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见。
[0003]从IGBT专利技术以来，人们一直致力于改善IGBT的性能。经过几十年的发展，相继提出了多种半导体器件结构，使器件性能得到了稳步的提升。可列举的的产品有IEGT(增强型注入绝缘闸双极性晶体管)，通过提高N
‑
漂移区导电度调变而降低模块的导通压降；CSTBT(载子储存沟渠式闸极双极性晶体管)，通过提高N
‑
漂移区之导电度调变而降低导通电压；专利号为CN 102779842A的专利中，公开了一种变形槽栅介质的CSTBT器件，该半导体器件能够极大程度的提高击穿电压；专利号为CN 102779847A的专利中，公开了一种载流子储存的沟槽双极型晶体管，该双极型晶体管通过提高载流子储存层与漂移区的电子浓度，降低导通压降提高电流与降低打开时间及关断特性。沟槽栅电极的采用会导致发射极层
‑
集电极层电容大，然而IGBT器件的开关过程就是对发射极层电容进行冲、放电的过程，发射极层电容越大冲、放电时间越长，大的发射极层电容降低了器件的开关速度，增大了器件的开关损耗，影响了器件的正向导通压降和开关损耗的折中特性。
[0004]现亟需一种既具有高击穿电压、低导通电压、关断时又具有低关断时间的晶体管。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种能调整导通电压的绝缘双极型晶体管，其特征在于，自下到上依次包括集电极层、P+型硅衬底层、N+型缓冲层磊晶硅层、N
‑
型第一漂移层磊晶硅层、N型场截止层、P型基层、贯穿N型场截止层和P型基层并延伸至N
‑
型第一漂移层磊晶硅层的沟槽、位于沟槽两侧的P型基层上方的N+射极极区和P+射极极区、位于沟槽上方的第一绝缘隔离层、分别位于沟槽两侧的N+射极极区和P+射极极区上方的发射极层，所述沟槽的底部为第二绝缘隔离层，所述沟槽的内部为复晶硅闸极电极，所述沟槽侧壁为闸极绝缘氧化层。
[0006]优选的，所述第二绝缘隔离层包括绝缘氧化层，位于绝缘氧化层上方的绝缘氮化层。
[0007]优选的，所述绝缘氧化层的厚度为300
‑
1500A。
[0008]优选的，所述绝缘氮化层的厚度为500
‑
1500A。
[0009]优选的，所述N+型缓冲层磊晶硅层的浓度在10
16
‑
10
17
cm
‑3，厚度在2
‑
5um。
[0010]优选的，所述N
‑
型第一漂移层磊晶硅层的浓度在3e
13
‑
3e
14
cm
‑3，厚度在100
‑
130um。
[0011]优选的，所述P+型硅衬底层的电阻率为0.01
‑
0.02Ω
·
m。
[0012]优选的，所述N+射极极区中磷原子的掺杂浓度为1e
15
‑
5e
15
cm
‑2，能量为60
‑
100KeV。
[0013]优选的，所述P+射极极区中硼原子的掺杂浓度为1e
14
‑
1e
15
cm
‑2，能量为60
‑
100KeV。
[0014]本专利技术的第二个方面提供了所述的能调整导通电压的绝缘双极型晶体管的制备方法，至少包括：
[0015](1)准备P+型硅衬底层、在P+型硅衬底层上形成N+型缓冲层磊晶硅层、在N+型缓冲层磊晶硅层上形成N
‑
型第一漂移层磊晶硅层、在N
‑
型第一漂移层磊晶硅层上形成N型扩散层；
[0016](2)在N型扩散层上设置离子布植光罩，并注入硼原子，硼原子的注入量为3e
13
‑
9e
13
cm
‑2，能量为60
‑
120KeV，退火温度为1100
‑
1200℃，退火时间为5
‑
20min，使之形成N型场截止层、P型基层；
[0017](3)通过蚀刻的方法形成贯穿P型基层、N型场截止层并延伸至N
‑
型第一漂移层磊晶硅层的沟槽；
[0018](4)在沟槽的底部形成第二绝缘隔离层，所述第二绝缘隔离层包括绝缘氧化层、位于绝缘氧化层之上的绝缘氮化层；
[0019](5)对沟槽侧壁器件通道进行侧向离子布植，注入磷原子，磷原子的注入量为1e
12
‑
6e
12
cm
‑2，能量为40
‑
150KeV，侧向离子布植时与沟槽侧壁的角度在30
‑
45
°
，进行侧向离子布植时，根据沟槽的具体结构可进行多次旋转，之后并去除沟槽刻蚀的光罩层；
[0020](6)在沟槽的侧壁设置闸极绝缘氧化层，然后沉积掺杂的复晶硅闸极电极；
[0021](7)对P型基层中部进行磷原子注入形成N+射极极区，并在N+射极极区的两侧进行硼原子注入形成P+射极极区，所述磷原子的注入量为1e
15
‑
5e
15
cm
‑2，能量为60
‑
100KeV，所述硼原子的注入量为1e
14
‑
1e
15
cm
‑2，能量为60
‑
100KeV；
[0022](8)在沟槽的上方设置第一绝缘隔离层，所述第一绝缘隔离层延伸至沟槽的两侧，所述第一绝缘隔离层的材质为二氧化硅，并分别伸入到沟槽两侧的N+射极极区中；
[0023](9)最后在P+射极极区、N+射极极区上覆盖发射极层，并在P型硅衬底层的下部覆盖集电极层，即得到。
[0024]有益效果：本技术方案中专利技术人通过侧向离子布植的方式，对沟通内进行侧向离子布植，根据离子布植的浓度可以调整导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能调整导通电压的绝缘双极型晶体管，其特征在于，自下到上依次包括集电极层、P+型硅衬底层、N+型缓冲层磊晶硅层、N
‑
型第一漂移层磊晶硅层、N型场截止、P型基层、贯穿N型场截止层和P型基层并延伸至N
‑
型第一漂移层磊晶硅层的沟槽、位于沟槽两侧的P型基层上方的N+射极极区和P+射极极区、位于沟槽上方的第一绝缘隔离层、分别位于沟槽两侧的N+射极极区和P+射极极区上方的发射极层，所述沟槽的底部为第二绝缘隔离层，所述沟槽的内部为复晶硅闸极电极，所述沟槽侧壁为闸极绝缘氧化层。2.根据权利要求1所述的能调整导通电压的绝缘双极型晶体管，其特征在于，所述第二绝缘隔离层包括绝缘氧化层，位于绝缘氧化层上方的绝缘氮化层。3.根据权利要求2所述的能调整导通电压的绝缘双极型晶体管，其特征在于，所述绝缘氧化层的厚度为300
‑
1500A。4.根据权利要求3所述的能调整导通电压的绝缘双极型晶体管，其特征在于，所述绝缘氮化层的厚度为500
‑
1500A。5.根据权利要求1所述的能调整导通电压的绝缘双极型晶体管，其特征在于，所述N+型缓冲层磊晶硅层的浓度在10
16
‑
10
17
cm
‑3，厚度在2
‑
5um。6.根据权利要求1所述的能调整导通电压的绝缘双极型晶体管，其特征在于，所述N
‑
型第一漂移层磊晶硅层的浓度在3e
13
‑
3e
14
cm
‑3，厚度在100
‑
130um。7.根据权利要求1所述的能调整导通电压的绝缘双极型晶体管，其特征在于，所述P+型硅衬底层的电阻率为0.01
‑
0.02Ω
·
m。8.根据权利要求1所述的能调整导通电压的绝缘双极型晶体管，其特征在于，所述N+射极极区中磷原子的掺杂浓度为1e
15
‑
5e
15
cm
‑2，能量为60
‑
100KeV。9.根据权利要求1
‑
8任一项所述的能调整导通电压的绝缘双极型晶体管，其特征在于，所述P+射极极区中硼原子的掺杂浓度为1e
14
‑
1e
15
cm
‑2，能量为60
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨绍明，严学田，方建强，
申请(专利权)人：上海林众电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：