[发明专利]一种高可靠性绝缘栅双极晶体管及其制作方法

说明书

本发明提供了一种高可靠性绝缘栅双极晶体管(IGBT)，包括N型单晶硅衬底，位于衬底上表面的P阱，P阱深度不小于P阱结深的隔离槽及槽底氧化层，相邻隔离槽之间的浮空P阱，紧靠P阱上表面的N+源区，位于N+源区下方且与隔离槽相邻的P+浅阱，位于衬底上表面的栅氧化层，位于两P阱之间的厚度大于栅氧化层的颈区氧化层，颈区氧化层上表面依次设有二氧化硅层、多晶硅层、介质层，跨越并暴露N+源区和P+浅阱并与相邻隔离槽交叠的发射极和发射极接触孔槽，位于衬底下表面的掺杂层和集电极，在常规的自对准平面型IGBT结构基础上，加入隔离槽及槽底局域氧化层结构，改善了IGBT器件的整体性能，使之成为具有抗辐射能力的高可靠性IGBT。

技术领域

本发明涉及一种绝缘栅双极晶体管，具体涉及一种具有抗辐射能力的高可靠性绝缘栅双极晶体管及其制作方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种发展十分迅速的功率半导体器件。IGBT将MOSFET和双击器件的优点综合于一身，不仅门极输入阻抗高、驱动功率小、驱动电路简单、开关速度快、开关损耗小，而且通态压降低、电流处理能力强。

IGBT正向工作状态下，在N-漂移区存在着电导调制效应，使其漂移区有大量的电子空穴对，能够降低通态压降。而在表面P阱处，存在着对空穴的抽取作用，会减弱电导调制效应，并增加通态损耗。因此，设计IGBT器件时，须改善和优化P阱设计，以减少P阱对空穴的收集作用，降低通态压降，同时有利于降低开关损耗，使器件的整体性能获得改善。

IGBT的应用领域极广，其工作环境也异常复杂。应用在高原环境或者航天领域时，IGBT会遭受到各种宇宙射线以及高能粒子的辐射。这些辐射会造成IGBT的阈值电压漂移、烧毁和栅穿等损伤，会严重影响IGBT的工作性能和可靠性。电离辐射总剂量效应和单粒子效应是IGBT器件在辐射环境中较为常见的两种辐射效应。电离辐射总剂量效应是指高能电磁波或伽马射线辐照IGBT时，在栅氧层内积累正电荷，导致其阈值电压和击穿电压发生漂移，影响器件的可靠性。单粒子效应是指宇宙射线或高能重粒子轰击IGBT时，尤其是在两个相邻的P阱之间入射重粒子的情况下，高能粒子在器件内部碰撞晶格产生大量的载流子，造成器件烧毁或栅穿，也严重威胁IGBT的可靠性造成。因此，需要提供一种优化IGBT的结构和制造工艺的技术方案，提高IGBT的抗辐射能力和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供一种高可靠性IGBT及其制作方法，以改善绝缘栅双极晶体管整体性能及其可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供了采用下述技术方案：

一种高可靠性绝缘栅双极晶体管，包括N型单晶硅衬底4，衬底4上表面的P阱15，P阱中的深度不小于P阱结深的隔离槽10及隔离槽10的槽底氧化层11，两隔离槽间的浮空P阱16，P阱15上表面的N+有源区18，N+有源区18下方且与隔离槽相邻的P+浅阱区17，位于N+有源区18和P阱15上表面的栅氧化层19，位于两P阱15上表面之间的厚度大于栅氧化层19的颈区氧化层5的厚度，颈区氧化层5上表面依次设有二氧化硅层Ⅰ6、多晶硅层20和介质层21，跨越N+有源区18、P+浅阱区17和相邻所述隔离槽10暴漏的发射极22和发射极接触孔槽23；于衬底4下表面依次设置的掺杂层24和集电极25。

一种高可靠性绝缘栅双极晶体管的第一优选方案，相邻隔离槽10的槽底氧化层11相连，隔离槽10至少为1个。

一种高可靠性绝缘栅双极晶体管的第一优选方案，隔离槽10槽宽为0.5-5um，槽间距为0.5-2um，隔离槽10槽深为2～8um，距离颈区氧化层5 5～15um，；

一种高可靠性绝缘栅双极晶体管的第一优选方案，发射极接触孔槽23与隔离槽(10)相互交叠的尺寸为0-1个隔离槽宽度，交叠部分的隔离槽10槽深不大于非交叠部分的槽深，非交叠部分的槽的槽深度在P+浅阱区17的深度范围内；

一种高可靠性绝缘栅双极晶体管的制作方法，包括以下步骤：