一种电荷自平衡的双极型功率半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种电荷自平衡的双极型功率半导体器件及其制造方法，包括：第一导电类型半导体衬底、第一导电类型阱区、第一导电类型重掺杂半导体接触区、第二导电类型漂移区、第二导电类型阱区、第二导电类型重掺杂半导体接触区、介质氧化层、多晶硅电极，控制栅多晶硅电极、源极金属、阳极金属、通孔、金属条；第一介质氧化层和多晶硅电极构成纵向浮空场板，形成连续耗尽元胞，提高器件耗尽能力。本发明专利技术通过在控制晶体管漏区、受控功率管栅下方引入浮空的纵向场板来控制电流通路，避免产生大电流，同时漂移区中的纵向浮空场板阵列能保持电荷平衡，降低基区电势，寄生晶闸管难以导通，避免闩锁效应，提升双极型功率半导体器件栅极控制能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种电荷自平衡的双极型功率半导体器件及其制造方法


[0001]本专利技术属于功率半导体领域，主要提出了一种电荷自平衡的双极型功率半导体器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]双极型功率半导体器件通过电导调制效应，改善了器件的导通压降，且横向器件的源极、漏极、栅极都分布在芯片表面，具有易于集成的特点。因此横向双极型功率半导体器件广泛应用于高压集成电路和高压功率电路中。因其输入阻抗高、导通电阻低、功耗低、易于集成的特点，在消费电子、汽车电子、智能电网、电机驱动等多个方面得以应用。对于传统的高压双极型功率半导体器件，当开启电流增加到一定程度时，基区电位抬升，当电位超过寄生管的开启电压，会导致寄生NPN管开启，使得开启电流继续增大，继而导致寄生PNP管开启，寄生NPNP晶闸管导通，器件无法自行关断，出现闩锁。闩锁效应会导致器件导通电流迅速增大，产生大的功耗，且无法控制关断，因此如何通过控制开启电流避免寄生晶闸管闩锁成为了双极型功率半导体器件面临的重要问题。可以通过集成控制晶体管和横向双极型功率半导体器件的方法，使器件的开启电流受到控制晶体管沟道电流的控制，保持二者的开启电流相同。同时可以通过在受控功率管的漂移区中增加纵向场板阵列保持电荷平衡，降低基区电势，并且纵向场板的加入改变了电流通道，使得开启电流更易控制，寄生晶闸管难以导通，有效避免闩锁效应。本专利技术提出了一种电荷自平衡的双极型功率半导体器件及其制造方法，有效提升了双极型功率半导体器件器件的栅极控制能力，其制造方法也较为简单

技术实现思路

[0003]本专利技术通过兼容工艺，将控制晶体管和横向双极型功率半导体器件进行集成，提出了一种电荷自平衡的双极型功率半导体器件，解决了双极型晶体管寄生晶闸管导通的问题，有效提升了双极型功率半导体器件的栅极控制能力，优化了双极型功率半导体器件的安全工作区。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种电荷自平衡的双极型功率半导体器件，包括控制晶体管部分和受控功率管部分：
[0006]控制晶体管部分包括：位于第一导电类型半导体衬底11上方的第六介质氧化层36，位于第六介质氧化层36上方的第二导电类型阱区22A，第一导电类型阱区A12位于第二导电类型阱区A22左侧，第一导电类型重掺杂半导体接触区14和第二导电类型重掺杂半导体接触区24位于第一导电类型阱区A12中；源极金属51位于第一导电类型重掺杂半导体接触区14和第二导电类型重掺杂半导体接触区24的上表面；第二介质氧化层32位于第一导电类型阱区A12的上方，并且左端与第二导电类型重掺杂半导体接触区24相接触，右端与第二导电类型阱区A22相接触；控制栅多晶硅电极A42覆盖在第二介质氧化层32的上表面；
[0007]受控功率管部分包括：第二导电类型漂移区21，第一导电类型阱区B13位于第二导电类型漂移区21的左端，并且位于控制晶体管部分的第二导电类型阱区A22的右端，第二导电类型阱区B23位于第二导电类型漂移区21的右侧，第一导电类型重掺杂半导体接触区14位于第二导电类型阱区B23上方，阳极金属52位于第一导电类型重掺杂半导体接触区14的上表面；第三介质氧化层33位于第一导电类型阱区B13的上方，并且左端与第二导电类型阱区A22相接触，右端与第二导电类型漂移区21相接触；第四介质氧化层34位于第三介质氧化层33与第一导电类型重掺杂半导体接触区14之间的第二导电类型漂移区21的上表面；控制栅多晶硅电极B43覆盖在第三介质氧化层33的上表面并部分延伸至第四介质氧化层34的上表面；
[0008]第一介质氧化层31和多晶硅电极41构成纵向场板，且第一介质氧化层31包围多晶硅电极41，所述纵向场板分别位于控制晶体管部分的第二导电类型阱区A22中和受控功率管部分的第二导电类型漂移区21中，形成纵向场板阵列；与该纵向场板相同的工艺在控制晶体管的源端形成隔离用纵向场板，该隔离用纵向场板贯穿第一导电类型阱区A12至第六介质氧化层36，该隔离用纵向场板同时在z方向保持连续连续，作为介质隔离槽分布在控制晶体管源端，该隔离槽通过多晶硅电极41接地；分布在控制晶体管部分的第二导电类型阱区A22中的纵向场板在z方向连续的，或者在z方向分立排布；分布在受控功率管部分的第二导电类型漂移区21中的纵向场板在x方向等间距分布，且通过通孔53与金属条63相连接，形成体内等势环；一列纵向场板分布在控制栅多晶硅电极B43的下方，并浮空排列；分布在受控功率管控制栅多晶硅电极B43下的浮空纵向场板是z方向分立型或z方向连续型，或者是X方向分立型或X方向连续型。
[0009]作为优选方式，隔离用纵向场板的深度深于控制晶体管第二导电类型阱区A22和位于受控功率管第二导电类型漂移区21中的纵向场板，且与第六介质氧化层36相接，并通过金属条接地；并且通过减小所述隔离用纵向场板的刻蚀宽度使得在后续槽壁氧化过程中形成全介质氧化隔离槽。
[0010]作为优选方式，分布在受控功率管第二导电类型漂移区21中的纵向场板的纵向间距和横向间距相等，且在x方向和在z方向上交替排列；
[0011]并且/或者分布在受控晶体管控制栅多晶硅电极B43下的浮空纵向场板在z方向是分立型的，或者是连续型的。
[0012]作为优选方式，位于控制晶体管第二导电类型阱区A22中的纵向场板起到控制电流通路，稳定开启电流的作用，避免开启电流过大造成寄生晶体管的开启；位于受控功率管第二导电类型漂移区21中的纵向场板起到保持漂移区内电荷平衡的作用，且降低第一导电类型阱区电势，避免寄生晶体管的开启。
[0013]作为优选方式，通过增加纵向场板的纵向宽度使得所有纵向场板均与第六介质氧化层36相接。
[0014]作为优选方式，在受控功率管的第二导电类型漂移区21中注入一层第一导电类型掺杂层，该掺杂层位于表面或者体内。
[0015]作为优选方式，位于控制晶体管第二导电类型阱区A22上的控制栅多晶硅电极B43形成后，通过自对准工艺同时在其两侧形成第一导电类型重掺杂半导体接触区14。
[0016]作为优选方式，位于控制晶体管区域的控制多晶硅电极通过刻蚀形成纵向栅极；
[0017]并且位于控制晶体管区域的第一导电类型阱区通过深阱工艺形成或者通过额外阱工艺形成。
[0018]作为优选方式，位于控制晶体管区域的控制栅多晶硅A42和位于受控功率管区域的控制栅多晶硅B43在z方向上是连续型或者分立型。
[0019]本专利技术还提供一种电荷自平衡的双极型功率半导体器件的制造方法，包括如下步骤：
[0020]步骤1：选择SOI材料，该材料包括硅基第一类导电类型半导体衬底11、第六介质氧化层36；
[0021]步骤2：离子注入第一导电类型杂质并推结，形成第一导电类型阱区A12、第一导电类型阱区B13，离子注入第二导电类型杂质并推结，形成第二导电类型漂移区21、第二导电类型阱区A22；
[0022]步骤3：通过光刻以及刻蚀形成槽；
[0023]步骤4：在槽内形成第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电荷自平衡的双极型功率半导体器件，其特征在于：包括控制晶体管部分和受控功率管部分：控制晶体管部分包括：位于第一导电类型半导体衬底(11)上方的第六介质氧化层(36)，位于第六介质氧化层(36)上方的第二导电类型阱区(22)A，第一导电类型阱区A(12)位于第二导电类型阱区A(22)左侧，第一导电类型重掺杂半导体接触区(14)和第二导电类型重掺杂半导体接触区(24)位于第一导电类型阱区A(12)中；源极金属(51)位于第一导电类型重掺杂半导体接触区(14)和第二导电类型重掺杂半导体接触区(24)的上表面；第二介质氧化层(32)位于第一导电类型阱区A(12)的上方，并且左端与第二导电类型重掺杂半导体接触区(24)相接触，右端与第二导电类型阱区A(22)相接触；控制栅多晶硅电极A(42)覆盖在第二介质氧化层(32)的上表面；受控功率管部分包括：第二导电类型漂移区(21)，第一导电类型阱区B(13)位于第二导电类型漂移区(21)的左端，并且位于控制晶体管部分的第二导电类型阱区A(22)的右端，第二导电类型阱区B(23)位于第二导电类型漂移区(21)的右侧，第一导电类型重掺杂半导体接触区(14)位于第二导电类型阱区B(23)上方，阳极金属(52)位于第一导电类型重掺杂半导体接触区(14)的上表面；第三介质氧化层(33)位于第一导电类型阱区B(13)的上方，并且左端与第二导电类型阱区A(22)相接触，右端与第二导电类型漂移区(21)相接触；第四介质氧化层(34)位于第三介质氧化层(33)与第一导电类型重掺杂半导体接触区(14)之间的第二导电类型漂移区(21)的上表面；控制栅多晶硅电极B(43)覆盖在第三介质氧化层(33)的上表面并部分延伸至第四介质氧化层(34)的上表面；第一介质氧化层(31)和多晶硅电极(41)构成纵向场板，且第一介质氧化层(31)包围多晶硅电极(41)，所述纵向场板分别位于控制晶体管部分的第二导电类型阱区A(22)中和受控功率管部分的第二导电类型漂移区(21)中，形成纵向场板阵列；与该纵向场板相同的工艺在控制晶体管的源端形成隔离用纵向场板，该隔离用纵向场板贯穿第一导电类型阱区A(12)至第六介质氧化层(36)，该隔离用纵向场板同时在z方向保持连续，作为介质隔离槽分布在控制晶体管源端，该隔离槽通过多晶硅电极(41)接地；分布在控制晶体管部分的第二导电类型阱区A(22)中的纵向场板在z方向连续，或者在z方向分立排布；分布在受控功率管部分的第二导电类型漂移区(21)中的纵向场板在x方向等间距分布，且通过通孔(53)与金属条(63)相连接，形成体内等势环；一列纵向场板分布在控制栅多晶硅电极B(43)的下方，并浮空排列；分布在受控功率管控制栅多晶硅电极B(43)下的浮空纵向场板是z方向分立型或z方向连续型，或者是X方向分立型或X方向连续型；器件的控制晶体管部分到受控功率管部分水平方向为x方向，纵向场板深度向下方向为y方向，垂直于xy平面向内方向为z方向。2.根据权利要求1所述的一种电荷自平衡的双极型功率半导体器件，其特征在于：；隔离用纵向场板的深度深于控制晶体管第二导电类型阱区A(22)和位于受控功率管第二导电类型漂移区(21)中的纵向场板...

【专利技术属性】
技术研发人员：章文通，吴奇益，蔡诗瑶，李洪博，乔明，李肇基，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：