一種短路陽極橫向絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于半導體技術(shù)領域，具體的說涉及一種SA-LIGBT(Short Anode IGBT,Short Anode-Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，短路陽極橫向絕緣棚.雙極型晶體管)。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(IGBT)相對于之前的BJT和MOSFET器件而言，最大的區(qū)別在于其在正向?qū)〞r存在電導調(diào)制效應，從而可以在保持較高耐壓的同時而具有較低的正向?qū)▔航?。但由此帶來的負面影響是器件關斷前大量地等離子體存儲在IGBT的漂移區(qū)內(nèi)，這使得IGBT的關斷損耗非常大。SA-LIGBT(Short Anode LIGBT)由于為漂移區(qū)內(nèi)的過剩電子提供了低阻泄放通道，從而很好地解決了這一問題。
[0003]如圖1所示，為傳統(tǒng)的SA-LIGBT結(jié)構(gòu)示意圖，相比于傳統(tǒng)的IGBT，SA-LIGBT的特點是將P+陽極區(qū)的一部分用來做N+陽極區(qū)，這樣在器件關斷過程種，漂移區(qū)內(nèi)的過剩電子很容易通過N+陽極區(qū)被收集走，這樣不僅能降低器件的關態(tài)損耗還能大大降低了器件的關斷時間。同時，為了控制陽極空穴注入效率和調(diào)節(jié)電場分布，通常都會在IGBT的陽極增加一個摻雜濃度較高的N-buf f er層。
[0004]SA-LIGBT在正向?qū)ㄟ^程中主要存在兩種導電模式:單極模式和雙極模式。當SA-LIGBT工作在單極模式時，此時器件就相當于一個MOSFET，電子從陰極發(fā)射過來，經(jīng)過漂移區(qū)被N+陽極區(qū)收集;雙極模式就是正常的IGBT模式。單極模式模式電流很小，且導通電阻大，通常希望器件越早進入雙即模式越好。然而對于傳統(tǒng)SA-1GBT而言，在由單極模式向雙極模式轉(zhuǎn)換過程種會出現(xiàn)snapback現(xiàn)象，在低溫條件下snapback現(xiàn)象會更加明顯，這會導致器件無法正常開啟，嚴重影響電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的，就是針對上述問題，提出一種能有效抑制snapback現(xiàn)象的SA-LIGBT0
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種SA-LIGBT，包括N型襯底1、位于N型襯底上表面的介質(zhì)層2和位于介質(zhì)層2上表面的N型漂移區(qū)3;所述N型漂移區(qū)3上層一端具有P型阱區(qū)4，其另一端具有N型阱區(qū)5，所述P型阱區(qū)4和N型阱區(qū)5之間有間距;所述P型阱區(qū)4上層具有P+體接觸區(qū)8和N+陰極區(qū)9，所述P+體接觸區(qū)8和N+陰極區(qū)9沿器件橫向方向并列設置，且N+陰極區(qū)9位于靠近N型阱區(qū)5的一側(cè);所述N+陰極區(qū)9與N型漂移區(qū)3之間的P型阱區(qū)4的表面具有柵極結(jié)構(gòu);其特征在于，所述N型阱區(qū)5上層具有P+陽極區(qū)10和N+陽極區(qū)11，所述P+陽極區(qū)10和N+陽極區(qū)11沿器件橫向方向并列;所述P+陽極區(qū)10包括X列沿器件橫向方向相互平行的P+陽極子區(qū)，每一列P+陽極子區(qū)沿器件縱向方向均為分段式結(jié)構(gòu)，每一列P+陽極子區(qū)中相鄰兩段P+陽極子區(qū)之間的間隙沿器件橫向方向均與相鄰列P+陽極子區(qū)的一個分段對應，且每個間隙沿器件縱向方向上的長度小于其對應P+陽極子區(qū)分段沿器件縱向方向上的長度;所述N+陽極區(qū)11包括Y列沿器件橫向方向相互平行的N+陽極子區(qū)構(gòu)成，每一列N+陽極子區(qū)沿器件縱向方向為分段式結(jié)構(gòu)，每一列N+陽極子區(qū)沿器件橫向方向均對應一列P+陽極子區(qū)并位于該P+陽極子區(qū)遠離P型阱區(qū)4 一側(cè);所述N型阱區(qū)5中具有P型第一埋層7，所述P型第一埋層7的上表面與P+陽極區(qū)10的下表面接觸。
[0008]本發(fā)明總的技術(shù)方案，器件的陽極具有P型第一埋層7和M列沿器件縱向方向分段的P+陽極區(qū)10，在器件正向?qū)ǔ跗谔幱趩螛O模式時，它們能夠增加進入N型阱區(qū)6的電子電流在被N+陽極區(qū)11收集前的流動路徑，從而增大單極模式下P+陽極區(qū)10和P型第一埋層7與N型阱區(qū)5或者N型高阻區(qū)12構(gòu)成的PN結(jié)的正向壓降，使器件在較小的單極電流下就能進入雙極模式，從而抑制snapback現(xiàn)象的出現(xiàn)。
[0009]進一步的，X22，Y〈X。
[0010]本方案是在前述技術(shù)方案的基礎上，提出P+陽極區(qū)1沿器件橫向方向所分的列數(shù)至少為2列，同時N+陽極區(qū)11所分的列數(shù)小于P+陽極區(qū)10的列數(shù)。
[0011]進一步的，所述P型阱區(qū)4中具有P型第二埋層6，所述P型第二埋層6的上表面與P+體接觸區(qū)8的下表面以及N+陰極區(qū)9的下表面接觸。
[0012]進一步的，所述P型第一埋層7沿器件橫向方向的寬度大于P+陽極區(qū)10和N+陽極區(qū)11的寬度之和，且P型第一埋層7的側(cè)邊與N型阱區(qū)5遠離P型阱區(qū)4 一側(cè)的邊界之間有間隙。
[0013]進一步的，所述相鄰P+陽極子區(qū)之間、相鄰N+陽極子區(qū)之間具有N型高阻區(qū)12。
[0014]進一步的，所述相鄰P+陽極子區(qū)之間、相鄰N+陽極子區(qū)之間、P型第一埋層7的上表面以及P型第一埋層7與N型阱區(qū)5遠離P型阱區(qū)4 一側(cè)的邊界之間具有N型高阻區(qū)12。
[0015]本發(fā)明的有益效果為，能有效抑制snapback現(xiàn)象，同時還能夠提升器件的關態(tài)特性和抗閂鎖能力。
【附圖說明】
[0016]圖1是傳統(tǒng)SA-LIGBT結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6為實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7為實施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖8為實施例7的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖9為實施例8的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖10為實施例9的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0027]本發(fā)明中所述的器件橫向方向?qū)綀D中X軸方向，器件縱向方向?qū)綀D中z方向，器件垂直方向?qū)綀D中y方向。
[0028]實施例1:
[0029]如圖2所示，包括N型襯底1、位于N型襯底上表面的介質(zhì)層2和位于介質(zhì)層2上表面的N型漂移區(qū)3;所述N型漂移區(qū)3上層一側(cè)具有P型阱區(qū)4，其另一側(cè)具有N型阱區(qū)5;所述P型阱區(qū)4上層具有P+體接觸區(qū)8和N+陰極區(qū)9，所述P+體接觸區(qū)8和N+陰極區(qū)9沿器件橫向方向并列設置，且N+陰極區(qū)9位于靠近N型阱區(qū)5的一側(cè);所述N+陰極區(qū)9與N型漂移區(qū)3之間的P型阱區(qū)4的上表面具有柵極結(jié)構(gòu)；其特征在于，所述N型阱區(qū)5上層具有P+陽極區(qū)10和N+陽極區(qū)11，所述P+陽極區(qū)10位于靠近P型阱區(qū)4的一側(cè);所述P+陽極區(qū)10為兩列結(jié)構(gòu)且沿器件橫向方向相互平行;所述P+陽極區(qū)10的底部和N+陽極區(qū)11的底部與N型阱區(qū)5之間具有P型第一埋層7;所述P+陽極區(qū)10包括兩列，分別為第一列P+陽極子區(qū)和第二列P+陽極子區(qū)；所述第一列P+陽極子區(qū)和第二列P+陽極子區(qū)之間的間距為m;所述第一列P+陽極子區(qū)沿器件縱向方向分為三段，分別為第一列第一段P+陽極子區(qū)、第一列第二段P+陽極子區(qū)、第一列第三段P+陽極子區(qū)，所述第一列第一段P+陽極子區(qū)沿器件縱向方向位于器件的一側(cè)，第一列第三段P+陽極子區(qū)沿器件縱向方向位于器件的另一側(cè)，第一列第二段P+陽極子區(qū)位于第一列第一段P+陽極子區(qū)和第一列第三段P+陽極子區(qū)之間；第一列第一段P+陽極子區(qū)與第一列第二段P+陽極子區(qū)之間的間距為al，第一列第二段P+陽極子區(qū)和第一列第三段P+陽極子區(qū)之間的間距為al;所述第二列P+陽極子區(qū)沿器件縱向方向分為兩段，分別為第二列第一段P+陽極子區(qū)和第二列第二段P+陽極子區(qū);所述第二列第一段P+陽極子區(qū)和第二列第二段P+陽極子區(qū)之間的間距為a2;所述第二列第一段P+陽極子區(qū)和第二列第二段P+陽極子區(qū)沿器件縱向方向的長度大于al，且第二列第一段P+陽極子區(qū)沿器件橫向方向遮擋住第一列第一段P+陽極子區(qū)與第一列第二段P+陽極子區(qū)之間的空隙，第二列第二段P+陽極子區(qū)沿器件橫向方向遮擋住第一列第二段P+陽極子區(qū)和第一列第三段P+陽極子區(qū)之間的間隙;所述N+陽極區(qū)11沿器件縱向方向分為第一段N+陽極子區(qū)和第二 N+陽極區(qū)；所述第一段N+陽極子區(qū)沿器件縱向方向的長度小于第二列第一段P+陽極子區(qū)沿器件縱向方向的長度，且第一段N+陽極子區(qū)位于第二列第一段P+陽極子區(qū)的側(cè)面;所述第二段N+陽極子區(qū)沿器件縱向方向的長度小于第二列第二段P+陽極子區(qū)沿器件縱向方向的長度，且第二段N+陽極子區(qū)位于第二列第二段P+陽極子區(qū)的側(cè);所述第一段N+陽極子區(qū)的側(cè)面與第二列第一段P+陽極子區(qū)的側(cè)面連接;所述第二段N+陽極子區(qū)的側(cè)面與第二列第二段P+陽極子區(qū)的側(cè)面連接。
[0030]本例的工作原理為:
[0031 ]由于SA-LIGBT在正向?qū)ㄟ^程中出現(xiàn)snapback現(xiàn)象的本質(zhì)原因是陽極寄生PN結(jié)(本方案中的P+陽極區(qū)10與N型阱區(qū)5所構(gòu)成的PN結(jié))在單極模式電流下難以導通。因此促使這個PN結(jié)盡快導通以使得器件更早地進入雙極模式是解決器件導通初期出現(xiàn)snapback現(xiàn)象的本質(zhì)方法。本方案通過在陽極區(qū)域增加了一層P型埋層7和M列有窗口的P+陽極區(qū)10很好地解決了這一問題。
[0032]器件在正向?qū)ǔ跗?，其工作于單極模式即LDMOS模式，此時陰極電子發(fā)射過來的電子電流經(jīng)過漂移區(qū)進入濃度較高的N型阱區(qū)5內(nèi)部，由于P型第一埋層7的存在，迫使電子電流只能通過P+陽極區(qū)10中的每一段P+陽極子區(qū)間的間隙流到N+陽極區(qū)11附近進而被N+陽極區(qū)11收集。然而，由于P+陽極區(qū)10由M列互不相鄰的有間隙的P+陽極子區(qū)構(gòu)成，而且相鄰兩個間隙之間沒有重疊區(qū)域(在器件中部的縱向截面圖中，P+陽極區(qū)是連續(xù)的)，與此同時N+陽極區(qū)11僅可能存在于第M列(從P型阱區(qū)4指向N型阱區(qū)5方向數(shù))P+陽極區(qū)10遠離P型阱區(qū)4 一側(cè)的非分段區(qū)域。這就使得進入第一列P+陽極子區(qū)10分段間隙處的電子電流在被N+陽極區(qū)11收集前必須經(jīng)過一段曲折的路徑，從而增大了電子電流在流動過程中在上述陽極寄生PN結(jié)上產(chǎn)生的正向壓降，合理的調(diào)整P+陽極區(qū)10在第三維方向上的間隙寬度和列數(shù)M，就可以完全的抑制器件導通初期snapback現(xiàn)象的出現(xiàn)。
[0033]實施例2
[0034]如圖3所示，本例與實施例的結(jié)構(gòu)基本相同，不同的地方在于，本例中N+陽極區(qū)11與其相鄰的一列P+陽極子區(qū)分離。
[0035]本例與實施例1的原理