一种横向混合载流子控制器件制造技术

本发明专利技术公开了一种混合型载流子控制器件，属于功率半导体技术领域。主要工作单元、PMOS区、载流子分布区、绝缘区以及衬底区；所述主要工作单元和所述PMOS结构分别设置在隔离区两边。本发明专利技术解决了现有横向功率器件电流密度较小、导通功耗大、导通压降与关断损耗折衷关系差、实用性差的问题。本发明专利技术在常规横向晶闸管器件的基础上，利用掺杂浓度和面积都不相同的两个P型区域，另外在高掺杂浓度的P型区域左侧引入低掺杂的P型区域，形成耗尽型PMOS结构，实现对电子与空穴载流子进行分流控制的目的。现对电子与空穴载流子进行分流控制的目的。现对电子与空穴载流子进行分流控制的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种横向混合载流子控制器件


[0001]本专利技术涉及功率半导体
，尤其涉及一种横向混合型载流子控制器件。

技术介绍

[0002]常规的MCT是将MOSFET结构与晶闸管结构简单结合在一起，形成的复合型器件。由于MOS栅绝缘层的电阻非常高，使得器件输入功率非常小，栅极驱动电路简单，开关速度变快。而晶闸管器件具有极低的导通压降和较强的高电流负载能力。因此，将MOS管与晶闸管结合在一起的MCT器件，有效改善常规晶闸管的可控性问题，且电流负载能力增大。但是这样的简单组合，使得器件关断时的损耗很大。同时，对于横向功率器件，由于电流都在器件表面流过。因此，它的电流比较小，导通损耗大，只能应用在低压、小功率领域。为了改善器件这些缺陷，提升器件性能，后续提出了一些改进结构。这些改进的器件在一定程度上能简化栅极驱动电路，减少了器件关断时间。但是，总体来说，器件的关断性能还可以有进一步的提高。
[0003]后续随着IGBT器件的发展，且由于MCT器件的主体结构与IGBT器件结构相似，因此MCT器件与IGBT器件之间相互借鉴，已成为当前优化MCT器件的重要手段之一。目前研究比较热门的RC
‑
IGBT器件、CIGBT器件，就是将晶闸管与IGBT结合在一起，利用各自的优异特性，更好的控制开关过程，这样的新器件导通压降小，且关断时的过剩载流子也能快速流向阴极区域，加快关断速度，降低关断损耗。
[0004]由于晶闸管器件在电能转换中起着至关重要的作用，但是在转换电能的过程中，晶闸管本身也会消耗掉一部分能量，产生能量损耗，同时，器件本身关断时的速度太慢，拖尾电流太长，会降低整个系统的工作效率。且横向器件的导通损耗太大，使用的电压和功率都比较小，可应用范围变窄。另一方面，在电能转换系统中，不可避免的会使用到电容或电感元件，这使得系统中的寄生效应增多，系统工作稳定性无法得到保障。
[0005]此前，为了降低关断损耗，提升器件性能，提出了一种纵向的混合型载流子控制器件，利用掺杂浓度和面积都不相同的两个P型区域，另外在器件顶部右侧区域引入低掺杂的P型区域，形成耗尽型PMOS结构，开启过程中分走一部分空穴载流子，降低器件的电导调制效应。关断时，形成载流子抽取通道，器件内部所有的过剩载流子都从该通道流走，加快载流子的抽取速度，降低了关断损耗。解决了导通压降与关断损耗折衷关系差、抗电磁干扰能力弱、实用性差的问题。但纵向器件在电路中仍存在着连接方式的限制，导致其用途不如横向载流子器件广泛，且横向载流子器件拥有着较高的反向击穿电压。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种横向混合型载流子控制器件，解决了现有横向功率器件导通损耗大、电流密度小、应用范围窄、导通压降与关断损耗折衷关系差、抗电磁干扰能力弱、实用性差的问题。
[0007]为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0008]提供一种横向混合载流子控制器件，其包括主要工作单元、PMOS区、载流子分布区、绝缘区以及衬底区；绝缘区设置在衬底区的上方，主要工作单元包括第二电极、第三电极、第一绝缘材料、第二电极重掺杂欧姆接触区、第二电极基区、第三电极基区、第一导电类型半导体、隔离区；
[0009]PMOS区包括第二电极、第四电极、第二绝缘材料、第二导电类型半导体、第四电极重掺杂欧姆接触区、第四电极基区；
[0010]载流子分布区包括漂移区、缓冲区、第一电极重掺杂欧姆接触区、第一电极；
[0011]绝缘区上设置有第二电极基区、第三电极基区、漂移区和缓冲区，第二电极基区、第三电极基区、漂移区和缓冲区在绝缘区上放沿长度方向依次水平排列；
[0012]第二电极基区的上方设置有第二电极；第二电极基区内设置有第二电极重掺杂欧姆接触区，第二电极重掺杂欧姆接触区接触第二电极；
[0013]第二电极基区和第三电极基区旁连接隔离区，且隔离区沿绝缘区的宽度方向分布，第三电极基区与漂移区之间设置有第一导电类型半导体，且第一导电类型半导体连接第三电极基区与隔离区；
[0014]第二电极贯穿连接第二电极重掺杂欧姆接触区、第二电极基区和隔离区；第三电极基区的上方设置有第三电极，且第三电极与第三电极基区之间设置有第一绝缘材料，第一绝缘材料接触第二电极重掺杂欧姆接触区；绝缘区上方设置有第四电极，第四电极与绝缘区之间设置有第二绝缘材料；
[0015]缓冲区的上方依次叠加设置有第一电极重掺杂欧姆接触区和第一电极，第四电极基区内设置有第四电极重掺杂欧姆接触区，且第四电极重掺杂欧姆接触区的上端接触第二电极和第二绝缘材料，第四电极基区旁连接有第二导电类型半导体，第四电极基区和第二导电类型半导体沿绝缘区的长度方向排列，第一导电类型半导体和第二导电类型半导体沿绝缘区的宽度方向排列。
[0016]进一步地，第一电极重掺杂欧姆接触区的截面为四分之一圆形结构，缓冲区的截面为四分之一圆环形结构，第一电极设置在第一电极重掺杂欧姆接触区的上表面。
[0017]进一步地，第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第一绝缘材料、第二绝缘材料均为长方体结构，第一电极与第二电极、第三电极与第四电极、第一绝缘材料与第二绝缘材料的高度相同；
[0018]第一电极与第二电极的高度大于第一绝缘材料、第二绝缘材料、第三电极以及第四电极的高度；
[0019]第一电极与第二电极、第一绝缘材料与第三电极、第二绝缘材料与第四电极的宽度相同；
[0020]第一电极与第二电极的宽度大于第三电极、第四电极的宽度，第三电极的宽度大于第四电极的宽度，第一绝缘材料与第三电极、第二绝缘材料与第四电极的长度相同。
[0021]进一步地，第一绝缘材料、第二绝缘材料和绝缘区均为二氧化硅；第二电极重掺杂欧姆接触区、第三电极基区、漂移区、缓冲区均为N型掺杂的硅；
[0022]第二电极基区、第一导电类型半导体、第一电极重掺杂欧姆接触区、衬底区、第四电极重掺杂欧姆接触区、第四电极基区和第二导电类型半导体均为P型掺杂的硅。
[0023]进一步地，第一绝缘材料和第二绝缘材料掺杂的二氧化硅形成氧化层结构，将第
一绝缘材料和第二绝缘材料上方的第三电极和第四电极与掺杂区域隔离开。
[0024]进一步地，绝缘区的长度与衬底区的长度相同，绝缘区的宽度与衬底区的宽度相同；第二电极基区与第三电极基区、第一导电类型半导体、第二导电类型半导体、第四电极基区、漂移区、缓冲区的厚度相同。
[0025]本专利技术的有益效果为：本专利技术在常规横向晶闸管器件的基础上，利用掺杂浓度和面积都不相同的两个P型区域，另外在高掺杂浓度的P型区域左侧引入低掺杂的P型区域，形成耗尽型PMOS结构，实现对电子与空穴载流子进行分流控制的目的。
[0026]本专利技术在器件中形成两条并列的通道；开启时，两条通道同时工作，载流子在两条通道中流过，使得在栅电极附近积累的电荷减少，有效减低了器件开启过程中的瞬态电流。
[0027]设置在主要工作单元与PMOS区右本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种横向混合载流子控制器件，其特征在于，包括主要工作单元、PMOS区、载流子分布区、绝缘区以及衬底区；所述绝缘区设置在衬底区的上方，所述主要工作单元包括第二电极、第三电极、第一绝缘材料、第二电极重掺杂欧姆接触区、第二电极基区、第三电极基区、第一导电类型半导体、隔离区；所述PMOS区包括第二电极、第四电极、第二绝缘材料、第二导电类型半导体、第四电极重掺杂欧姆接触区、第四电极基区；所述载流子分布区包括漂移区、缓冲区、第一电极重掺杂欧姆接触区、第一电极；所述绝缘区上设置有第二电极基区、第三电极基区、漂移区和缓冲区，所述第二电极基区、第三电极基区、漂移区和缓冲区在绝缘区上放沿长度方向依次水平排列；所述第二电极基区的上方设置有第二电极；所述第二电极基区内设置有第二电极重掺杂欧姆接触区，所述第二电极重掺杂欧姆接触区接触第二电极；所述第二电极基区和第三电极基区旁连接隔离区，且隔离区沿绝缘区的宽度方向分布，所述第三电极基区与漂移区之间设置有第一导电类型半导体，且第一导电类型半导体连接第三电极基区与隔离区；所述第二电极贯穿连接第二电极重掺杂欧姆接触区、第二电极基区和隔离区；所述第三电极基区的上方设置有第三电极，且第三电极与第三电极基区之间设置有第一绝缘材料，所述第一绝缘材料接触第二电极重掺杂欧姆接触区；所述绝缘区上方设置有第四电极，所述第四电极与绝缘区之间设置有第二绝缘材料；所述缓冲区的上方依次叠加设置有第一电极重掺杂欧姆接触区和第一电极，所述第四电极基区内设置有第四电极重掺杂欧姆接触区，且第四电极重掺杂欧姆接触区的上端接触第二电极和第二绝缘材料，所述第四电极基区旁连接有第二导电类型半导体，所述第四电极基区和第二导电类型半导体沿绝缘区的长度方向排列，所述第一导电类型半导体和第二导电类型半导体沿绝缘区的宽度方向排列。2.根据权利要求1所述的横向混合载流子控制器件，其特征在于，所述第一电极重掺杂欧姆接触区的截面为四分之一圆形结构，所述缓冲区的截面为四分之一圆环形结构，所述第一电极设置在第一电极重掺杂欧姆接触区的上表面。3.根据权利要求1所述的横向混合载流子控制器件，其特征在于，所述第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第一绝缘材料、第二绝缘材料均为长方体结构，所述第一电极与...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪志刚，白吉祥，黄柏铭，黄孝兵，
申请(专利权)人：强华时代成都科技有限公司，
类型：发明
国别省市：