[发明专利]具有阳极短路NPN管结构的深氧化沟槽横向绝缘栅双极型晶体管及其制作方法

说明书

本发明提出了一种具有阳极短路NPN管结构的深氧化沟槽横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT)及其制作方法。该LIGBT器件有源区部分的工艺过程能够与传统平面工艺兼容，主要区别在于使用了沟槽栅代替平面栅，其漂移区的大部分区域由深氧化沟槽占据，而深氧化沟槽结构可以减小器件尺寸并维持高击穿电压，同时在阴极端P型阱区下方沿着深氧化沟槽离子注入形成一个轻掺杂P型区，在阳极端N型缓冲层中分步离子注入形成一个阳极短路NPN管结构，并且该结构通过绝缘氧化沟槽与P型漏区隔离。本发明能够提高闩锁抗性和击穿电压，最终有效改善了器件的功率损耗和稳定性。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，尤其涉及一种横向绝缘栅双极型晶体管。

背景技术

功率半导体器件是指主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面的大功率电子器件。随着电力电子技术的迅速发展，功率半导体器件已经广泛应用于现代工业控制和国防装备中。横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT，Lateral insulated gate bipolartransistor)是一种非常适合高压电源IC(HVIC)的功率器件，因为它结合了高输入阻抗和双极电流传导，同时横向器件易于集成，并且其工艺能够与传统的互补型MOS(CMOS)芯片的工艺兼容。近年来，对LIGBT器件的特性优化主要是研究具有低静态和动态功耗的LIGBT器件。

发明内容

本发明提出了一种具有阳极短路NPN管结构的深氧化沟槽横向绝缘栅双极型晶体管及其制作方法，旨在进一步降低LIGBT的开关时间且提高闩锁抗性，改善器件性能。

本发明的技术方案如下：

该具有阳极短路NPN管结构的深氧化沟槽横向绝缘栅双极型晶体管，包括：

硅材料的P型衬底；

在P型衬底上表面形成的硅材料的N型外延层；

有别于现有技术的是：

在N型外延层上部刻蚀形成三处沟槽；其中：左侧沟槽及其侧墙生长栅氧化层并形成栅极；中间沟槽中淀积二氧化硅形成深氧化沟槽；右侧沟槽中淀积二氧化硅形成绝缘氧化沟槽；深氧化沟槽的宽度占据N型外延层宽度的50％以上；

位于栅氧化层与深氧化沟槽之间的N型外延层上部区域形成P型阱区；位于P型阱区下方、沿着深氧化沟槽离子注入形成轻掺杂P型区；在P型阱区上部形成N型源区和阴极短路P型区，其中N型源区与沟道邻接，阴极短路P型区相对于N型源区位于沟道远端；

位于深氧化沟槽右侧的N型外延层上部区域形成N型缓冲区，所述绝缘氧化沟槽的下端处于该N型缓冲区内部；位于深氧化沟槽与绝缘氧化沟槽之间的N型缓冲区上部区域形成P型漏区，位于绝缘氧化沟槽右侧的N型缓冲区上部区域通过分步离子注入形成阳极短路NPN管结构的N型发射区、P型基区和N型集电区；

器件的阴极，覆盖N型源区和阴极短路P型区相接区域的上表面；

器件的阳极，覆盖P型漏区，绝缘氧化沟槽和阳极短路NPN管结构的N型集电区相接区域的上表面；

器件表面除了阴极和阳极占据的部分，均覆盖场氧化层。

在以上方案的基础上，本发明还进一步作了如下优化：

N型外延层的掺杂浓度比P型衬底的掺杂浓度至少高一个数量级，P型衬底表现为高阻态。

绝缘氧化沟槽的深度比P型漏区的深度高0.2～0.8微米，比N型缓冲层的深度低1～2微米。

阳极短路NPN管结构中P型基区的掺杂浓度比N型发射区和N型集电区的掺杂浓度低2个数量级，其中N型发射区和N型集电区的掺杂浓度不低于1×10¹⁹cm^-3。