[发明专利]一种平面栅双极型晶体管及其制作方法

说明书

本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。