[发明专利]横向绝缘栅双极晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种横向绝缘栅双极晶体管(下文称作IGBT)，并且具体涉及一种形成在SOI(即绝缘体上硅)衬底上的横向IGBT。

背景技术

研发并且利用了单片逆变器IC芯片，其中在SOI(绝缘体上硅)衬底上构造诸如横向IGBT、横向二极管、模拟电路以及数字电路等集成部件。逆变器IC的性能主要由集成的横向IGBT和横向二极管决定。横向IGBT的重要的性能指标是低导通态电压以及高开关速度，并且横向二极管的重要性能指标也是低导通态电压以及高开关速度。具体而言，有必要使横向IGBT保持低导通态电压和高开关速度而不控制寿命，这是通过照射电子束来执行的。另外，通过降低空穴注入到集电极的效率来减少导通态的载流子浓度是非常重要的。

常规地，双层集电极区域包括具有低杂质浓度的大P阱区域，以及具有高杂质浓度的小P⁺型区域。P阱区域和P⁺型区域都与集电极电极欧姆接触以便抑制集电极区域中受主杂质的总量。此外，围绕低杂质浓度P阱区域和高杂质浓度P⁺型区域的N型缓冲层提供了施主型杂质效应，使得空穴注入受到限制。因此，如JP 3415441(对应于USP 6133607)所示的，空穴注入的效率被降低了。

然而，根据本发明发明人的研究，发现在将下降时间t_f设置为0.3μsec或更低的情况下集电极区域的双层结构使得导通态电压的变化增加。

低导通态电压和高开关速度处于折中的关系。因此，基本上下降时间随着导通态电压的增加而降低。然而，如JP 3415441(对应于USP 6133607)所示，在其中双层集电极区域与集电极电极欧姆接触的结构中，低导通态电压和高开关速度之间的折中关系不复存在。此外，通过牺牲导通态电压不能降低下降时间，并且导通态电压的变化增加了。在其中集电极电极与集电极区域欧姆接触的常规IGBT中，在下降时间降低到某一水平之后下降时间不会随着导通态电压的增加而稳定地降低。因此，不可能将开关速度提高到高于某一水平。根据本发明发明人的分析，在将P阱沟道层的表面杂质浓度设置为例如1×10¹⁷cm^-3并且集电极电极由包含1％的硅的铝制成的情况下，具有低杂质浓度的P阱沟道层的表面与集电极电极不稳定地接触。P阱沟道层的表面与集电极电极之间不稳定的接触引起了导通态电压的变化。

发明内容

考虑到上述困难，本发明的目的是提供一种可以实现高开关速度的横向IGBT。

根据本发明公开的一个方面，一种N沟道横向绝缘栅双极晶体管包括：半导体衬底；具有N导电类型并且设置在衬底上的漂移层；为P导电类型并且设置在漂移层的第一表面部分中的集电极区域；为P导电类型并且设置在漂移层的远离集电极区域的第二表面部分中的沟道层；为N导电类型并且具有比漂移层更高的杂质浓度的发射极区域，并且该发射极区域设置在沟道层的第一表面部分中且具有在沟道层的终止部分(terminated portion)内部终止的端部；设置在沟道区域上的栅极绝缘膜，该沟道区域由沟道层的位于发射极区域和漂移层之间的第二表面部分提供；设置在栅极绝缘膜上的栅电极；与集电极区域电耦合的集电极电极；以及与发射极区域和沟道层电耦合的发射极电极。集电极区域包括具有高杂质浓度的高杂质浓度区域和杂质浓度比高杂质浓度区域低的低杂质浓度区域。集电极电极与高杂质浓度区域欧姆接触并且与低杂质浓度区域肖特基接触。

在上述器件中，由于集电极电极与高杂质浓度区域欧姆接触并且与低杂质浓度区域肖特基接触，通过限制空穴注入减小了空穴注入的效率。因此，可以获得被构造成实现高开关速度而不控制寿命的横向IGBT。

附图说明

根据以下结合附图进行的详细说明，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将变得更加显见。在附图中：

图1是示出根据本发明第一实施例的N沟道横向IGBT的截面图的示图；

图2是示出图1所示的横向IGBT的布局的顶视平面图的示图；

图3是示出根据第一实施例的横向IGBT的下降时间t_f和导通态电压V_on之间的关系以及其中集电极电极与集电极区域欧姆接触的常规横向IGBT的下降时间t_f和导通态电压V_on之间的关系的图表；

图4是示出阻挡金属12a的功函数φ_m[eV]和空穴注入效率(空穴电流I_h/集电极电流I_c)之间的关系的图表；