绝缘栅双极型晶体管及其制造方法技术

一种绝缘栅双极型晶体管及其制造方法。所述绝缘栅双极型晶体管包括：缓冲层；位于缓冲层上的漂移层；位于漂移层上的发射极层和源极层，所述发射极层与源极层通过发射极金属电极相连；位于漂移层和发射极层上的绝缘栅极层，所述绝缘栅极层与漂移层和发射极层通过栅极氧化层相互隔离；位于绝缘栅极层和源极层上的绝缘层，所述绝缘栅极层和发射极金属电极通过绝缘层相互隔离；位于缓冲层内的集电极层，所述集电极层包括至少一个掺杂区，所述掺杂区与缓冲层的掺杂类型相反；位于缓冲层下的集电极金属电极，所述集电极金属电极与所述缓冲层、所述集电极层的掺杂区均相互接触。本发明专利技术可以提高绝缘栅双极型晶体管的关断速度并降低其关断损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(Insulated-GateBipolar Transistor, IGBT),是场效应晶体管(MOSFET)和双极型晶体管(BJT)相结合的产 物。其主体部分与BJT相同，也有集电极和发射极，而控制极的结构却与MOSFET相同，是绝缘栅结构，也称为栅极。绝缘栅双极型晶体管兼有MOS晶体管的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面的优点，因此成为大电流开关的主流之一。图I示出了现有技术中绝缘栅双极型晶体管的结构示意图。参考图1，所述绝缘栅双极型晶体管包括p型掺杂的集电极层10，所述集电极层10下的集电极金属电极11，所述集电极层10通过所述集电极金属电极11与外部电路实现电性连接；位于所述集电极层10上的N型的缓冲层20、位于所述缓冲层20上的N型的漂移层30 ;位于所述漂移层30上的P型发射极层40和N型源极层50，所述发射极层40和源极层50通过发射极金属电极41相连；位于所述漂移层30和源极层50上的栅极层60，所述栅极层60与漂移层30之间形成栅极氧化层70 ;位于所述栅极层60上的绝缘层80。其中，在集电极层10与缓冲层20之间形成第一 PN结91 ;在漂移层30和发射极层40之间形成第二 PN结92 ;在发射极层40和源极层50之间形成第三PN结93。更多关于绝缘栅双极型晶体管的内容可参考公开号为CN102394244A的中国专利申请。关态时的关断速度和关断损耗是衡量绝缘栅双极型晶体管的重要参数；通常希望绝缘栅双极型晶体管的关断速度越快越好，并且关断时的损耗越小越好。但是，图I所示的绝缘栅双极型晶体管的关断速度较慢且损耗较大，这将影响绝缘栅双极型晶体管的性能。因此，如何提高绝缘栅双极型晶体管的关断速度并降低其关断损耗就成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，从而既能提高绝缘栅双极型晶体管的关断速度又能降低其关断损耗。为解决上述问题，本专利技术提供一种绝缘栅双极型晶体管，包括缓冲层；位于缓冲层上的漂移层；位于漂移层上的发射极层和源极层，所述发射极层与源极层通过发射极金属电极相连；位于漂移层和发射极层上的绝缘栅极层，所述绝缘栅极层与漂移层和发射极层通过栅极氧化层相互隔离；位于绝缘栅极层和源极层上的绝缘层，所述绝缘栅极层和发射极金属电极通过绝缘层相互隔离；位于所述缓冲层内的集电极层，所述集电极层包括至少一个掺杂区，所述掺杂区与缓冲层的掺杂类型相反；位于所述缓冲层下的集电极金属电极，所述集电极金属电极与所述缓冲层、所述集电极层的掺杂区均相互接触。可选地，所述集电极层包括两个或两个以上掺杂区且各个掺杂区的宽度相同；所述各个掺杂区的宽度与两个掺杂区的间距之间的比值范围为4 n 2。可选地，所述缓冲层为N型缓冲层，所述集电极层的掺杂区为P型掺杂区，所述漂移层为N型漂移层，所述发射极层为P型发射极层，所述源极层为N型源极层。可选地，所述缓冲层的掺杂离子为磷，掺杂浓度为5E16cm_3飞E17cm_3 ;所述集电极层的掺杂区的掺杂离子为硼，掺杂浓度为lE19cnT3飞E20cnT3。可选地，所述集电极层包括两个或两个以上P型掺杂区，所述P型掺杂区的宽度范围为大于或者等于I微米且小于或等于8微米，两个掺杂区之间的间距范围为大于或者等于I微米且小于或者等于4微米。可选地，所述集电极金属电极的金属功函数的大小范围为4. 9e疒5. 3eV。 相应地，本专利技术还提供一种绝缘栅双极型晶体管的制造方法，包括采用离子注入的方式在缓冲层内形成至少一个掺杂区，所述掺杂区组成集电极层；在所述缓冲层上形成漂移层；在漂移层上形成相互连接的发射极层和源极层；在漂移层和发射极层上形成栅极氧化层，并在所述栅极氧化层上形成绝缘栅极层；在所述缓冲层下形成集电极金属电极，所述集电极金属电极与所述缓冲层、所述集电极层的掺杂区均相互接触。可选地，所述采用离子注入的方式在缓冲层内形成至少一个掺杂区的步骤包括在缓冲层内形成两个或两个以上的掺杂区，各个掺杂区的宽度相同，并且各掺杂区的宽度与两个掺杂区之间的间距的比值在4 n 2。可选地，所述采用离子注入的方式在缓冲层内形成至少一个掺杂区的步骤包括采用离子注入的方式将硼离子注入到缓冲层内，形成至少一个掺杂区，并且掺杂区内硼离子的掺杂浓度为lE19cnT3 5E20cnT3。可选地，在所述缓冲层上形成漂移层的步骤包括采用外延生长的方式在所述缓冲层上形成所述漂移层。与现有技术相比，本专利技术技术方案至少具有以下优点绝缘栅双极型晶体管的集电极层形成于缓冲层内，并且由至少一个掺杂区构成，所述掺杂区与缓冲层的掺杂类型相反。在这种结构中，集电极掺杂区与集电极金属电极之间为欧姆接触，缓冲层与集电极金属电极之间为肖特基接触。正是由于这种肖特基接触，使得本专利技术绝缘栅双极型晶体管在关态时，漂移层中的残存电子将会被强行且快速地导出，从而提高了其关断的速度，并降低了关断时的损耗。另一方面，正是由于这种肖特基接触，使得本技术方案的绝缘栅双极型晶体管在开态时，该肖特基二极管开启，从而有一定的正向电流由集电极金属电极注入缓冲层，从而补偿了由于部分集电极缺失而造成的集电极电流损失，使得本专利技术绝缘栅双极型晶体管的开态电流可以与现有技术的绝缘栅双极型晶体管的开态电流相媲美。附图说明图I是现有技术绝缘栅双极型晶体管的结构示意图；图2是本专利技术绝缘栅双极型晶体管的一实施例的示意图；图3是现有技术的绝缘栅双极型晶体管中集电极层的掺杂浓度与开启电压、关断损耗之间的关系不意图；图4是三种绝缘栅双极型晶体管的开启电压的对比示意图；图5是三种绝缘栅双极型晶体管的关断速度的对比示意图；图6是两种绝缘栅双极型晶体管的击穿电压的对比示意图； 图7是本专利技术绝缘栅双极型晶体管的制造方法的一实施例的流程示意图。具体实施例方式正如
技术介绍
中所述，关态时的关断速度以及关断损耗是衡量绝缘栅双极型晶体管性能的两个重要参数。而现有技术中的绝缘栅双极型晶体管在关态时的关断速度较慢，并且关断损耗也较大，这将直接影响到绝缘栅双极型晶体管的性能。专利技术人通过模拟发现，影响现有技术中绝缘栅双极型晶体管在关态时的关断速度和关断损耗的主要因素在于现有技术中绝缘栅双极型晶体管在关断时有大量的电子残存在漂移区内无法导出。具体地如图I所示，集电极层10与集电极金属电极11之间形成欧姆接触，集电极层10与缓冲层20之间形成第一个PN结91。图I所示的绝缘栅双极型晶体管在关态时，栅极层60上的电压将变为0V，而此时漂移层30中仍然会存储有部分残留电子，由于漂移层30与集电极金属电极11被集电极层10相隔离，所以这些残留在漂移层30的电子不会被瞬间导出，从而导致绝缘栅双极型晶体管的关断速度较慢，并且这些残留电子的移动将产生一定的电流，从而导致关态时的关断损耗较大。与现有技术中的集电极层不同，本专利技术技术方案中绝缘栅双极型晶体管的集电极层形成于缓冲层内，并且由至少一个掺杂区构成，所述集电极层的掺杂区与缓冲层的掺杂类型相反。在这样的结构中，将缓冲层与集电极金属电极之间设置为肖特基接触(SchottkyContact，SC)。由于肖特基接触的存在，一方面本技术方案的绝缘栅双极型晶体管在关态时，漂本文档来自技高网...

【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，包括缓冲层；位于缓冲层上的漂移层；位于漂移层上的发射极层和源极层，所述发射极层与源极层通过发射极金属电极相连；位于漂移层和发射极层上的绝缘栅极层，所述绝缘栅极层与漂移层和发射极层通过栅极氧化层相互隔离；位于绝缘栅极层和源极层上的绝缘层，所述绝缘栅极层和发射极金属电极通过绝缘层相互隔离；位于所述缓冲层内的集电极层，所述集电极层包括至少ー个掺杂区，所述掺杂区与缓冲层的掺杂类型相反；位于所述缓冲层下的集电极金属电极，所述集电极金属电极与所述缓冲层、所述集电极层的掺杂区均相互接触。2.如权利要求I所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述集电极层包括两个或两个以上掺杂区且各个掺杂区的宽度相同；所述各个掺杂区的宽度与两个掺杂区的间距之间的比值范围为4 Γ1 2。3.如权利要求I所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述缓冲层为N型缓冲层，所述集电极层的掺杂区为P型掺杂区，所述漂移层为N型漂移层，所述发射极层为P型发射极层，所述源极层为N型源极层。4.如权利要求3所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述缓冲层的掺杂离子为磷，掺杂浓度为5E16cm_3飞E17cm_3 ;所述集电极层的掺杂区的掺杂离子为硼，掺杂浓度为lE19cm3 5E20cm 3。5.如权利要求4所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述集电极层包括两个或两个以上P型掺杂区，所述P型掺杂区的宽度范围为大于或者等于I微米且小...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟鸿雁，唐树澍，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：