[发明专利]绝缘栅双极型晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种绝缘栅双极型晶体管及其制造方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor，IGBT），是场效应晶体管（MOSFET）和双极型晶体管（BJT）相结合的产物。其主体部分与BJT相同，也有集电极和发射极，而控制极的结构却与MOSFET相同，是绝缘栅结构，也称为栅极。绝缘栅双极型晶体管兼有MOS晶体管的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面的优点，因此成为大电流开关的主流之一。

图1示出了现有技术中绝缘栅双极型晶体管的结构示意图。参考图1，所述绝缘栅双极型晶体管包括：P型掺杂的集电极层10，所述集电极层10下的集电极金属电极11，所述集电极层10通过所述集电极金属电极11与外部电路实现电性连接；位于所述集电极层10上的N型的缓冲层20、位于所述缓冲层20上的N型的漂移层30；位于所述漂移层30上的P型发射极层40和N型源极层50，所述发射极层40和源极层50通过发射极金属电极41相连；位于所述漂移层30和源极层50上的栅极层60，所述栅极层60与漂移层30之间形成栅极氧化层70；位于所述栅极层60上的绝缘层80。

其中，在集电极层10与缓冲层20之间形成第一PN结91；在漂移层30和发射极层40之间形成第二PN结92；在发射极层40和源极层50之间形成第三PN结93。

更多关于绝缘栅双极型晶体管的内容可参考公开号为CN102394244A的中国专利申请。

关态时的关断速度和关断损耗是衡量绝缘栅双极型晶体管的重要参数；通常希望绝缘栅双极型晶体管的关断速度越快越好，并且关断时的损耗越小越好。但是，图1所示的绝缘栅双极型晶体管的关断速度较慢且损耗较大，这将影响绝缘栅双极型晶体管的性能。

因此，如何提高绝缘栅双极型晶体管的关断速度并降低其关断损耗就成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种绝缘栅双极型晶体管及其制造方法，从而既能提高绝缘栅双极型晶体管的关断速度又能降低其关断损耗。

为解决上述问题，本发明提供一种绝缘栅双极型晶体管，包括：缓冲层；位于缓冲层上的漂移层；位于漂移层上的发射极层和源极层，所述发射极层与源极层通过发射极金属电极相连；位于漂移层和发射极层上的绝缘栅极层，所述绝缘栅极层与漂移层和发射极层通过栅极氧化层相互隔离；位于绝缘栅极层和源极层上的绝缘层，所述绝缘栅极层和发射极金属电极通过绝缘层相互隔离；位于所述缓冲层内的集电极层，所述集电极层包括至少一个掺杂区，所述掺杂区与缓冲层的掺杂类型相反；位于所述缓冲层下的集电极金属电极，所述集电极金属电极与所述缓冲层、所述集电极层的掺杂区均相互接触。

可选地，所述集电极层包括两个或两个以上掺杂区且各个掺杂区的宽度相同；所述各个掺杂区的宽度与两个掺杂区的间距之间的比值范围为4∶1~1∶2。

可选地，所述缓冲层为N型缓冲层，所述集电极层的掺杂区为P型掺杂区，所述漂移层为N型漂移层，所述发射极层为P型发射极层，所述源极层为N型源极层。

可选地，所述缓冲层的掺杂离子为磷，掺杂浓度为5E16cm^-3~5E17cm^-3；所述集电极层的掺杂区的掺杂离子为硼，掺杂浓度为1E19cm^-3~5E20cm^-3。

可选地，所述集电极层包括两个或两个以上P型掺杂区，所述P型掺杂区的宽度范围为大于或者等于1微米且小于或等于8微米，两个掺杂区之间的间距范围为大于或者等于1微米且小于或者等于4微米。

可选地，所述集电极金属电极的金属功函数的大小范围为4.9eV~5.3eV。

相应地，本发明还提供一种绝缘栅双极型晶体管的制造方法，包括：

采用离子注入的方式在缓冲层内形成至少一个掺杂区，所述掺杂区组成集电极层；

在所述缓冲层上形成漂移层；

在漂移层上形成相互连接的发射极层和源极层；

在漂移层和发射极层上形成栅极氧化层，并在所述栅极氧化层上形成绝缘栅极层；

在所述缓冲层下形成集电极金属电极，所述集电极金属电极与所述缓冲层、所述集电极层的掺杂区均相互接触。

可选地，所述采用离子注入的方式在缓冲层内形成至少一个掺杂区的步骤包括：在缓冲层内形成两个或两个以上的掺杂区，各个掺杂区的宽度相同，并且各掺杂区的宽度与两个掺杂区之间的间距的比值在4∶1~1∶2。