專(zhuān)利名稱(chēng)：絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造及設(shè)計(jì)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極型晶體管IGBTansulated Gate Bipolar Transistor)是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和雙極型晶體管(BJT)相結(jié)合的產(chǎn)物。其主體部分與BJT相同，也有集電極和發(fā)射極，而控制極的結(jié)構(gòu)卻與MOSFET相同，是絕緣柵結(jié)構(gòu)，也稱(chēng)為柵極。絕緣柵雙極型晶體管兼有MOS晶體管的高輸入阻抗和BJT的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。圖1示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，一般，絕緣柵雙極型晶體管包括集電極C、發(fā)射極E以及柵極；其中，P型發(fā)射極E外周布置了發(fā)射極金屬電極(例如金屬鋁電極)，柵極上布置了柵極電極M(例如金屬鋁電極)；P型發(fā)射區(qū)E與N型漂移區(qū)DR之間存在第一個(gè)PN結(jié)Pm (即N型摻雜濃度等于P型摻雜濃度)， N型漂移區(qū)DR與P型集電區(qū)C之間存在第二個(gè)PN結(jié)PN2 ；P型發(fā)射區(qū)C與柵極之間之間存在第三個(gè)PN結(jié)PN3。一方面，開(kāi)態(tài)時(shí)的電導(dǎo)率是絕緣柵雙極型晶體管的一個(gè)重要的電參數(shù)；另一方面， 擊穿電壓(Breakdown Voltage, BV)是絕緣柵雙極型晶體管的另一個(gè)重要的電參數(shù)。具體地說(shuō)，擊穿電壓的定義為在襯底底端加正電壓由0至高進(jìn)行掃描，當(dāng)電流倍增時(shí)的電壓值(電流一般達(dá)到1E_5A/Cm2)，即稱(chēng)為該器件的擊穿電壓，其中在襯底加正電壓時(shí)，最下端的第一個(gè)PN結(jié)Pm正向?qū)ǎ上轮辽系牡诙€(gè)PN結(jié)PN2反向耗盡，其實(shí)IGBT 的擊穿電壓即為該第二個(gè)PN結(jié)PN2的反向擊穿電壓。希望能夠提出一種在提高開(kāi)態(tài)電導(dǎo)率的同時(shí)保證關(guān)態(tài)的擊穿電壓BV特性不會(huì)退化的絕緣柵雙極型晶體管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種氧化硅旁路的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其能夠提高開(kāi)態(tài)時(shí)的電導(dǎo)率，同時(shí)在關(guān)態(tài)時(shí)的擊穿電壓BV 會(huì)保持不變，即在提高開(kāi)態(tài)電導(dǎo)率的同時(shí)保證關(guān)態(tài)的擊穿電壓BV特性不會(huì)退化。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種絕緣柵雙極型晶體管，其包括集電極、漂移區(qū)、發(fā)射極以及柵極；其中，在所述發(fā)射極中布置了溝槽填充區(qū)域，所述溝槽填充區(qū)域中自底部到頂部依次填充了氧化物、多晶硅以及金屬，所述金屬形成了溝槽電極；并且所述溝槽電極與所述發(fā)射極相連接。所述溝槽底部位于漂移區(qū)，且靠近發(fā)射極與漂移區(qū)的PN結(jié)處。優(yōu)選地，所述氧化物是氧化硅。優(yōu)選地，所述金屬是金屬鋁。優(yōu)選地，所述集電極是P型集電極；所述漂移區(qū)是N型漂移區(qū)；事實(shí)發(fā)射極是P型集發(fā)射極。
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根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種絕緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于包括首先，在發(fā)射極處形成一個(gè)溝槽；然后，在溝槽中填充氧化物；此后，在溝槽中淀積多晶硅；最后，在溝槽中淀積金屬以形成溝槽電極，并且使溝槽電極與絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極相連接。優(yōu)選地，所述氧化物是氧化硅。優(yōu)選地，所述金屬是金屬鋁。優(yōu)選地，所述集電極是P型集電極；所述漂移區(qū)是N型漂移區(qū)；事實(shí)發(fā)射極是P型集發(fā)射極。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)溝槽電極接地(OV)，最下端的集電極電極接正電壓時(shí)，在N型的漂移區(qū)與垂直的旁路氧化硅(溝槽填充區(qū)域)界面處會(huì)反型出空穴，因此與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比， 可以提高發(fā)射結(jié)處的的空穴濃度；因此在開(kāi)態(tài)時(shí)(即絕緣柵雙極型晶體管的柵極打開(kāi)后)， 在集電極上加正壓掃描時(shí)，會(huì)有更多的空穴參與導(dǎo)電，從而提高了絕緣柵雙極型晶體管開(kāi)態(tài)時(shí)的電導(dǎo)率。


結(jié)合附圖，并通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地對(duì)本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中圖1示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)。圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)。需要說(shuō)明的是，附圖用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類(lèi)似的元件標(biāo)有相同或者類(lèi)似的標(biāo)號(hào)。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的絕緣柵雙極型晶體管同樣包括集電極C、漂移區(qū) DR、發(fā)射極E以及柵極。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞皆O(shè)置集電極C、漂移區(qū)DR、 發(fā)射極E以及柵極的相互位置布置關(guān)系。但是，與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)不同的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的這種新的氧化硅旁路的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)的絕緣柵雙極型晶體管的基礎(chǔ)上，在發(fā)射極E中布置了溝槽填充區(qū)域TR，該溝槽填充區(qū)域TR中自底部到頂部依次填充了氧化物(例如氧化硅)、多晶硅以及金屬，所述金屬形成了溝槽電極TE;并且溝槽電極TE與絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極E相連接。在一個(gè)具體示例中，集電極C是P型集電極C (例如硼摻雜)；漂移區(qū)DR是N型漂移區(qū)DR ；發(fā)射極E是P型集發(fā)射極E。可以通過(guò)如下方法形成溝槽填充區(qū)域TR 首先，在發(fā)射極E處形成一個(gè)溝槽；然后，在溝槽中填充氧化物，例如氧化硅；
此后，在溝槽中淀積多晶硅；最后，在溝槽中淀積金屬以形成溝槽電極TE，并且使溝槽電極TE與絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極E相連接；由于金屬鋁導(dǎo)電性好且價(jià)格便宜，因此金屬電極優(yōu)選地采用金屬銀。此后，在測(cè)試中，將溝槽電極TE與絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極E共同接地(OV)， 并且通過(guò)測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，上述結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)提高開(kāi)態(tài)電導(dǎo)率的同時(shí)保證關(guān)態(tài)的擊穿電壓BV 特性不會(huì)退化。具體地說(shuō)，當(dāng)溝槽電極接地(OV)，最下端的集電極電極接正電壓時(shí)，在N型的漂移區(qū)DR與垂直的旁路氧化硅(溝槽填充區(qū)域)界面處會(huì)反型出空穴，因此與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比，可以提高發(fā)射結(jié)處的空穴濃度；因此在開(kāi)態(tài)時(shí)(即絕緣柵雙極型晶體管的柵極打開(kāi)后)，在集電極上加正壓掃描時(shí)，會(huì)有更多的空穴參與導(dǎo)電，從而提高了絕緣柵雙極型晶體管開(kāi)態(tài)時(shí)的電導(dǎo)率?？梢岳斫獾氖牵m然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下， 都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種絕緣柵雙極型晶體管，其包括集電極、漂移區(qū)、發(fā)射極以及柵極；其特征在于， 在所述發(fā)射極中布置了溝槽填充區(qū)域，所述溝槽填充區(qū)域中自底部到頂部依次填充了氧化物、多晶硅以及金屬，所述金屬形成了溝槽電極；并且所述溝槽電極與所述發(fā)射極相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述氧化物是氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述金屬是金屬鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述集電極是P型集電極；所述漂移區(qū)是N型漂移區(qū)；事實(shí)發(fā)射極是P型集發(fā)射極。
5.一種絕緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于包括 首先，在發(fā)射極處形成一個(gè)溝槽；然后，在溝槽中填充氧化物； 此后，在溝槽中淀積多晶硅；最后，在溝槽中淀積金屬以形成溝槽電極，并且使溝槽電極與絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絕緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述氧化物是氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的絕緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述金屬是金屬鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的絕緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述集電極是P型集電極；所述漂移區(qū)是N型漂移區(qū)；事實(shí)發(fā)射極是P型集發(fā)射極。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。本發(fā)明的絕緣柵雙極型晶體管包括集電極、漂移區(qū)、發(fā)射極以及柵極；其中，在所述發(fā)射極中布置了溝槽填充區(qū)域，所述溝槽底部位于漂移區(qū)，且靠近發(fā)射極與漂移區(qū)的PN結(jié)處，所述溝槽填充區(qū)域中自底部到頂部依次填充了氧化物、多晶硅以及金屬，所述金屬形成了溝槽電極；并且所述溝槽電極與所述發(fā)射極相連接。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)溝槽電極接地，最下端的集電極電極接正電壓時(shí)，在N型的漂移區(qū)與垂直的旁路氧化硅界面處會(huì)反型出空穴，因此與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比，可以提高發(fā)射結(jié)處的空穴濃度；因此在開(kāi)態(tài)時(shí)，在集電極上加正壓掃描時(shí)，會(huì)有更多的空穴參與導(dǎo)電，從而提高了絕緣柵雙極型晶體管開(kāi)態(tài)時(shí)的電導(dǎo)率。
文檔編號(hào)H01L29/739GK102394244SQ20111038847
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者茍鴻雁 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司