[发明专利]一种平面栅双极型晶体管及其制作方法有效

专利信息
申请号: 201811628934.4 申请日: 2018-12-29
公开(公告)号: CN109713035B 公开(公告)日: 2022-02-15
发明(设计)人: 阳平 申请(专利权)人: 上海擎茂微电子科技有限公司
主分类号: H01L29/423 分类号: H01L29/423;H01L29/06;H01L29/739;H01L21/331;H01L21/28
代理公司: 温州知远专利代理事务所(特殊普通合伙) 33262 代理人: 汤时达
地址: 201100 上海市闵*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 平面 栅双极型 晶体管 及其 制作方法
【说明书】:

发明涉及一种平面栅双极型晶体管,包括具有第一掺杂类型的半导体衬底、形成于半导体衬底表面的JFET区及基区、形成于基区表面的发射区、位于半导体衬底上方的栅极,基区具有第二掺杂类型,发射区具有第一掺杂类型,半导体衬底的上方设置有栅氧化层,栅极包括位于JFET区的左右两侧且间隔一定距离的栅极左部和栅极右部,本发明平面栅双极型晶体管还包括二氧化硅膜形成的FOX区。本发明采用FOX区来分隔栅极,减小无效栅极面积,使得本发明的平面栅双极型晶体管能实现更低的栅源电容、栅漏电容和器件开关损耗,具有更高的器件性能。

技术领域

本发明涉及一种晶体管,尤其涉及一种平面栅双极型晶体管,此外本发明还涉及该平面栅双极型晶体管的制作方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,以下简称IGBT)是一种把金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和双极结型晶体管(BJT)结合起来的达灵顿结构的半导体功率器件。在现有平面栅双极型晶体管中,JFET区和表面MOS区上方共有平面(多晶硅)栅,为了确保开启时,电子电流不被夹断,需要JFET区引导电子和空穴电流导通。为了达到充分降低通态电压的目的,JFET区长度需要大于表面MOS结构的导电沟道长度,这就使得现有平面栅双极型晶体管的平面栅极宽度较大,这样不可避免的造成栅极和集电极之间的电容偏大、栅极和发射极之间的电容偏大,从而增大了栅源电容和栅漏电容(米勒电容),增加了器件的开通和关断损耗。

鉴于上述的缺陷,本设计人,积极加以研究创新,以期创设一种平面栅双极型晶体管,使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种栅源电容、栅漏电容和器件开关损耗较低的平面栅双极型晶体管。

本发明的平面栅双极型晶体管,包括具有第一掺杂类型的半导体衬底、形成于半导体衬底表面的JFET区及基区、形成于基区表面的发射区、位于半导体衬底上方的栅极,所述基区具有第二掺杂类型,所述发射区具有第一掺杂类型,其特征在于:所述半导体衬底的上方设置有栅氧化层,所述栅极包括位于所述JFET区的左右两侧且间隔一定距离的栅极左部和栅极右部。

由于栅极左部和栅极右部之间距离一定间隔,相较于现有的平面型整体式栅极,本发明中平面栅双极型晶体管的无效栅极面积大大减小,具体实施时,位于JFET区上方大约一半面积的栅极通过刻蚀工艺被去除掉,平面栅双极型晶体管通过减少JFET区上方的无效栅极面积,达到大幅度减少栅源电容、栅漏电容的目的。

进一步的,本发明中平面栅双极型晶体管的单个元胞内,所述栅氧化层与半导体衬底表面之间设有至少两个FOX区,所述FOX区为二氧化硅绝缘膜。

平面栅双极型晶体管的有源区由多个元胞组成且多个元胞并联,具体实施时,栅氧化层和半导体衬底之间的区域,通过成膜工艺形成厚度为1-2 um的二氧化硅绝缘膜,然后刻蚀形成FOX区。通过增加栅极和半导体衬底之间的二氧化硅绝缘膜的厚度,达到进一步减少栅源电容和米勒电容的目的。此外,FOX层和栅氧化层是通过不同的高温氧化工艺步骤形成的,FOX层是由湿法氧化形成的二氧化硅,FOX层一般用作隔离。栅氧化层是栅极下面的氧化层,栅氧化层是由干法氧化形成的二氧化硅,其致密性更好。栅极、栅氧化层和半导体衬底一起构成器件的表面MOS结构。

进一步的,本发明的平面栅双极型晶体管,所述FOX区为上窄下宽的梯形结构,所述栅极左部和栅极右部均为与所述FOX区适配的Z型结构。

进一步的,本发明的平面栅双极型晶体管,所述栅极左部在JFET区表面的投影面积和栅极右部在JFET区表面的投影面积均为栅氧化层在JFET区表面投影面积的四分之一。

进一步的,本发明的平面栅双极型晶体管,所述栅极左部和栅极右部之间的距离大于位于JFET区两侧的FOX区之间的距离。

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