一種雙通道rc?ligbt器件及其制備方法
【專利摘要】一種雙通道RC?LIGBT器件及其制備方法。本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，具體涉及橫向逆導(dǎo)型絕緣柵雙極型晶體管(Reverse Conducting?LIGBT，RC?LIGBT)及其制備方法；用于抑制傳統(tǒng)RC?LIGBT器件的負(fù)阻(snapback)現(xiàn)象，同時改善反向二極管特性，提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明RC?LIGBT器件通過在器件集電極端引入復(fù)合結(jié)構(gòu)形成具有雙通道的單向?qū)щ娡罚谡騆IGBT工作模式下完全屏蔽了N型集電區(qū)對導(dǎo)通特性的影響，完全消除了負(fù)阻(snapback)現(xiàn)象，并具有與傳統(tǒng)LIGBT相同的低導(dǎo)通壓降，提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性；同時在反向二極管續(xù)流工作模式下在集電極端提供了兩條續(xù)流通道，優(yōu)化了其續(xù)流能力，具有小的導(dǎo)通壓降。
【專利說明】
一種雙通道RC-LIGBT器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，涉及橫向絕緣柵雙極型晶體管(LateralInsulated Gate Bipolar Transistor，LIGBT)，具體涉及橫向逆導(dǎo)型絕緣柵雙極型晶體管(Reverse Cond ucting-LIGBT，RC_LIGBT)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]橫向絕緣柵雙極型晶體管(LIGBT)是功率集成電路中的新型器件，它既有LDM0SFET易于驅(qū)動，控制簡單，易集成的優(yōu)點(diǎn)，又有功率晶體管導(dǎo)通壓降低，通態(tài)電流大，損耗小的優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代功率半導(dǎo)體集成電路的核心器件之一。文獻(xiàn)(Shigeki T.,Ak1 N.,Youichi A.,Satoshi S.and Norihito T.Carrier-Storage Effect and Extract1n-Enhanced Lateral I GBT(E2LIGBT):A Super-High Speed and Low On-state VoltageLIGBT Super1r to LDM OSFET.Proceedings of 2012Internat1naI Symposium onPower Semiconductor Devices&ICs，2012，pp.393-396)指出，相同電流能力下，LIGBT所需面積僅為傳統(tǒng)LDMOS的八分之一，該特性大幅降低了功率芯片的面積，提高了芯片成品率，降低了生產(chǎn)成本。因而，目前基于LIGBT的功率半導(dǎo)體集成電路被廣泛地應(yīng)用在諸如通信、能源、交通、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、家用電器及航空航天等國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。
[0003]從LIGBT器件發(fā)明以來，人們一直致力于改善LIGBT器件的性能，經(jīng)過不斷的發(fā)展，器件性能得到了穩(wěn)步的提升。在功率集成電路系統(tǒng)中，LIGBT器件通常需要配合續(xù)流二極管(Free Wheeling D1de)使用以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。因此在傳統(tǒng)功率集成電路中，通常會將FWD與LIGBT反向并聯(lián)。然而，該FWD不僅占用了芯片面積，增加了成本，此外額外所需的金屬布線增大了芯片內(nèi)部連線的寄生效應(yīng)。
[0004]為了使得LIGBT具有反向續(xù)流的能力，傳統(tǒng)上如圖1所示，在LIGBT器件的P型集電區(qū)8處額外引入一個與金屬集電極13接觸的N+集電區(qū)9，器件中P型基區(qū)4、N型漂移區(qū)3、N型電場截止區(qū)7、N+集電區(qū)9形成了寄生二極管結(jié)構(gòu)，在續(xù)流模式下該寄生二極管導(dǎo)通電流。但N+集電區(qū)9的引入也給器件的正向?qū)ㄌ匦栽斐闪瞬焕绊?，這是因?yàn)槠骷Y(jié)構(gòu)中的MOS溝道區(qū)、漂移區(qū)3和N+集電區(qū)9形成了寄生的LDMOS結(jié)構(gòu)，在小電流條件下，從溝道注入N型漂移區(qū)3的電子直接從N+集電區(qū)9流出，此時電壓主要降落在器件的N型漂移區(qū)3中，導(dǎo)致P型集電區(qū)8與N型電場截止區(qū)7形成的PN結(jié)無法開啟，漂移區(qū)中無法形成電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，導(dǎo)致器件呈現(xiàn)出LDMOS特性。只有當(dāng)電子電流增大到一定程度，P型集電區(qū)8與N型電場截止區(qū)7形成的PN結(jié)上壓降超過結(jié)開啟電壓時，P型集電區(qū)8開始向N型漂移區(qū)3中注入空穴，此時隨著電流的提高，由于電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，器件的正向壓降會迅速下降，使得器件電流-電壓曲線呈現(xiàn)出負(fù)阻(snapback)現(xiàn)象。在低溫條件下，P型集電區(qū)8與N型電場截止區(qū)7形成的PN結(jié)的導(dǎo)通壓降增大，需要在更大的電流條件下才能將其導(dǎo)通，導(dǎo)致負(fù)阻現(xiàn)象更加明顯，甚至導(dǎo)致器件中P型集電區(qū)8與N型電場截止區(qū)7形成的PN結(jié)無法正常開啟，這嚴(yán)重影響了 LIGBT器件的穩(wěn)定性和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種雙通道RC-LIGBT器件及其制備方法，用于抑制和消除傳統(tǒng)RC-LIGBT器件的負(fù)阻(snapback)現(xiàn)象，同時改善反向二極管特性，提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明RC-LIGBT器件通過在器件集電極端引入復(fù)合結(jié)構(gòu)形成具有雙通道的單向?qū)щ娡罚谡騆IGBT工作模式下完全屏蔽了N型集電區(qū)對導(dǎo)通特性的影響，完全消除了負(fù)阻(snapback)現(xiàn)象，并具有與傳統(tǒng)LIGBT相同的低導(dǎo)通壓降，提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性；同時在反向二極管續(xù)流工作模式下在集電極端提供了兩條續(xù)流通道，優(yōu)化了其續(xù)流能力，具有小的導(dǎo)通壓降。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種雙通道RC-LIGBT器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括襯底1、位于襯底I上的氧化硅介質(zhì)層
2、位于氧化硅介質(zhì)層2上的N型漂移區(qū)3、位于N型漂移區(qū)3上的發(fā)射極結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)、集電極結(jié)構(gòu)以及介質(zhì)層14;所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)由P型基區(qū)4、N+源區(qū)5、P+接觸區(qū)6和金屬發(fā)射極12構(gòu)成，其中，P型基區(qū)4設(shè)置于N型漂移區(qū)3中并位于其頂部一側(cè)，P+接觸區(qū)6和N+源區(qū)5彼此獨(dú)立地設(shè)置于P型基區(qū)4中、且P+接觸區(qū)6和N+源區(qū)5的正面均與金屬發(fā)射極12相接觸;所述柵極結(jié)構(gòu)位于所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)的側(cè)面，由柵介質(zhì)10和多晶硅柵電極11組成，其中，柵介質(zhì)10的背面與N+源區(qū)5、P型基區(qū)4和N型漂移區(qū)3相接觸、正面與多晶硅柵電極11相接觸，所述柵極結(jié)構(gòu)與金屬發(fā)射極12之間間隔介質(zhì)層14;
[0008]其特征在于，所述集電極結(jié)構(gòu)由N型電場截止區(qū)7、P型集電區(qū)8、N+集電區(qū)9、金屬集電極13、P型阱區(qū)15、介質(zhì)槽16、歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18構(gòu)成，其中，N型電場截止區(qū)7設(shè)置于N型漂移區(qū)3中并位于其頂部另一側(cè)，所述P型阱區(qū)15設(shè)置于N型電場截止區(qū)7中，所述P型集電區(qū)8和N+集電區(qū)9彼此獨(dú)立設(shè)置于P型阱區(qū)15中，N+集電區(qū)9和P型阱區(qū)15與N型電場截止區(qū)7之間設(shè)置介質(zhì)槽16;所述金屬集電極13與P型集電區(qū)8正面相接觸、且與N+集電區(qū)9正面部分接觸，所述歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18并排設(shè)置于金屬集電極13的側(cè)面，所述肖特基接觸金屬18與N+集電區(qū)9相接觸并形成肖特基接觸、所述歐姆接觸金屬17與N型電場截止區(qū)7相接觸并形成歐姆接觸、且歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18于介質(zhì)槽16正面相短接;所述肖特基接觸金屬18與金屬集電極13之間間隔介質(zhì)層14，所述集電極結(jié)構(gòu)與柵極結(jié)構(gòu)之間間隔介質(zhì)層14。
[0009]進(jìn)一步的，所述介質(zhì)槽16的深度大于P型阱區(qū)15的厚度、小于N型電場截止區(qū)7的厚度;所述P型集電區(qū)8和N+集電區(qū)9的厚度小于P型阱區(qū)15的厚度。
[0010]更進(jìn)一步的，所述柵極結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)或槽柵結(jié)構(gòu);所述雙通道RC-1GBT器件的半導(dǎo)體材料采用S1、SiC、GaAs或者GaN制作;所述金屬電極或連接金屬采用鋁、銅或者其它金屬或合金，肖特基接觸金屬18和金屬發(fā)射極12、金屬集電極13、歐姆接觸金屬17所用金屬可以相同，也可以不同；所述介質(zhì)槽16中填充的介質(zhì)為S12,HfO2,Al2O3,Si3N4等高k介質(zhì)材料。
[0011]上述雙通道RC-LIGBT的制備方法，包括以下步驟:
[0012]第一步:選取絕緣體上硅(SOI)材料，其中硅襯底厚度為300?600微米，摻雜濃度為114?115個/cm3、位于襯底上的氧化娃介質(zhì)層厚度為0.5?3微米、位于氧化娃介質(zhì)層上的N型漂移區(qū)的厚度為5?20微米，摻雜濃度為114?115個/cm3;
[0013]第二步:光刻，在硅片表面預(yù)設(shè)區(qū)域通過離子注入N型雜質(zhì)并退火制作RC-LIGBT的N型電場截止區(qū)，形成的N型電場截止區(qū)的厚度為2?5微米；
[0014]第三步:硅片表面熱氧化并淀積柵電極材料，光刻、刻蝕部分柵電極材料和柵氧化層形成柵介質(zhì)層和柵電極；
[0015]第四步:光刻，在硅片表面預(yù)設(shè)區(qū)域通過離子注入P型雜質(zhì)并退火制作RC-LIGBT的P型基區(qū)和P型阱區(qū)，形成的P型基區(qū)和P型阱區(qū)的厚度分別為2?2.5微米和I?1.5微米；
[0016]第五步:光刻，在硅片表面預(yù)設(shè)區(qū)域通過離子注入N型雜質(zhì)制作RC-LIGBT的N+源區(qū)和N+集電區(qū)，形成的N+源區(qū)和N+集電區(qū)的厚度為0.2?0.5微米；
[0017]第六步:光刻，在硅片表面預(yù)設(shè)區(qū)域通過離子注入P型雜質(zhì)并退火制作RC-LIGBT的P+接觸區(qū)和P型集電區(qū)，形成的P+接觸區(qū)6和P型集電區(qū)8的厚度為0.2?I微米；
[0018]第七步:光刻，刻蝕并填充介質(zhì)形成介質(zhì)槽，形成的介質(zhì)槽的深度小于N型電場截止區(qū)的深度，介質(zhì)槽的深度大于P型阱區(qū)的深度0.1?0.2微米，介質(zhì)槽的寬度為0.01?0.1微米；
[0019]第八步:淀積并光刻、刻蝕介質(zhì)層形成介質(zhì)層；
[0020]第九步:淀積并光刻、刻蝕金屬在器件表面的適當(dāng)位置形成金屬發(fā)射極、金屬集電極、歐姆接觸金屬和肖特基接觸金屬；
[0021]即制備得雙通道RC-LIGBT。
[0022]需要說明的是，在第一步材料的選取過程中除了SOI材料外，還可以選取P型襯底上具有N型漂移區(qū)的外延材料;在第四步P型基區(qū)4和P型阱區(qū)15的形成中，在第五步N+源區(qū)5和N+集電區(qū)9的形成中，在第六步P+接觸區(qū)6和P型集電區(qū)8的形成中以及在第九步金屬發(fā)射極12、金屬集電極13、歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18的形成中各區(qū)的形成可單步完成，也可分多步分別完成。
[0023]另外，為了簡化描述，上述器件結(jié)構(gòu)和制備方法是以η溝道RC-LIGBT器件為例來說明，但本發(fā)明同樣適用于P溝道RC-LIGBT器件的制備;且上述RC-LIGBT的制備方法中的工藝步驟和工藝條件可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定。
[0024]本發(fā)明在傳統(tǒng)RC-LIGBT器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在集電極端引入了P型阱區(qū)15、介質(zhì)槽16、歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18，所述P型阱區(qū)15和介質(zhì)槽16將集電極結(jié)構(gòu)中的N+集電區(qū)9包圍。在正向偏置狀態(tài)下，柵電極為高電位，器件表面MOS溝道開啟，由于集電極為高電位，P型阱區(qū)15與N+集電區(qū)9所形成的PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，雖然N型電場截止區(qū)7與N+集電區(qū)9通過歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18相連，但肖特基接觸金屬18與N+集電區(qū)9形成的肖特基結(jié)處于反偏狀態(tài)，肖特基勢皇阻擋電子通過金屬從N型電場截止區(qū)7流到N+集電區(qū)9，因此從溝道流入N型漂移區(qū)3的電子無法從N+集電區(qū)9流出。當(dāng)集電極電壓較小時，集電極電壓主要降落在P型阱區(qū)15與N型電場截止區(qū)7形成的PN結(jié)上，器件未開啟；隨著集電極電壓的增加，當(dāng)降落在P型阱區(qū)15與N型電場截止區(qū)7形成的PN結(jié)上的壓降超過該結(jié)的開啟電壓(約0.7V)時，P型集電區(qū)8通過P型阱區(qū)15開始向N型漂移區(qū)3中注入空穴，形成電導(dǎo)調(diào)制，器件開啟。在上述器件的開啟過程中，P型阱區(qū)15和介質(zhì)槽16完全屏蔽了 N型集電區(qū)9對導(dǎo)通特性的影響，完全消除了負(fù)阻(snapback)現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性，并具有與傳統(tǒng)LIGBT相同的低導(dǎo)通壓降。當(dāng)器件處于續(xù)流二極管狀態(tài)時，器件的發(fā)射極為高電位，集電極為零電位。此時，N型集電區(qū)9和P型阱區(qū)15與集電極13等電位為零電位，當(dāng)發(fā)射極12的電位增加超過由P-body區(qū)4和N型漂移區(qū)3形成的PN結(jié)的開啟電壓后，N型電場截止區(qū)7的電位增加，介質(zhì)槽16兩邊N型電場截止區(qū)7和P型阱區(qū)15之間形成的電位差產(chǎn)生的電場使P型阱區(qū)15靠近介質(zhì)槽16的側(cè)壁形成電子的積累，進(jìn)而形成反型，從而形成電子的導(dǎo)電通道，此時器件進(jìn)入二極管續(xù)流導(dǎo)通模式，電流從左側(cè)發(fā)射極端的PN結(jié)流入經(jīng)P型阱區(qū)15靠近介質(zhì)槽16側(cè)壁形成的電子通道和集電極端的N型集電區(qū)9流出。當(dāng)發(fā)射極12的電位繼續(xù)增加，當(dāng)發(fā)射極和集電極的電位差超過肖特基金屬18和N型集電區(qū)9形成的肖特基結(jié)的開啟電壓以及由P-body區(qū)4和N型漂移區(qū)3形成的PN結(jié)的開啟電壓之和后，集電極端除上述通道開啟夕卜，由肖特基金屬18和N型集電區(qū)9形成的肖特基結(jié)也開啟，此時一部分電流在集電極端通過由N型漂移區(qū)3、N型電場截止區(qū)7、歐姆接觸金屬17、肖特基接觸金屬18、N型集電區(qū)9的電流通路流出，集電極端為雙導(dǎo)電通道導(dǎo)通，即電流從左側(cè)PN結(jié)流入后在集電極端經(jīng)P型阱區(qū)15靠近介質(zhì)槽16側(cè)壁形成的電子通道和肖特基結(jié)兩條通道流出器件，其等效電路如圖5所示。通過調(diào)整介質(zhì)槽16的寬度和材料以及P型阱區(qū)15的濃度和深度，使P型阱區(qū)15靠近介質(zhì)槽16的側(cè)壁開始反型形成電子通道時介質(zhì)槽16兩邊N型電場截止區(qū)7和P型阱區(qū)15之間的電位差介于O?0.1V，可獲得低的二極管導(dǎo)通壓降；通過選擇合適的肖特基金屬18，可得到?
0.3V甚至更低的肖特基開啟電壓，進(jìn)一步降低二極管的導(dǎo)通壓降并獲得優(yōu)異的二極管導(dǎo)通特性。因此，在續(xù)流二極管的工作模式下，本發(fā)明在器件集電極端有兩條導(dǎo)電通路，具有更低的導(dǎo)通壓降，更優(yōu)的二極管導(dǎo)通特性。特別地，在正向IGBT導(dǎo)通模式下用于續(xù)流二極管的集電極端的兩條通路均是阻斷的。
[0025]本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在:
[0026]本發(fā)明結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)的RC-LIGBT器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在集電極端引入了P型阱區(qū)15、介質(zhì)槽16、歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18，所述P型阱區(qū)15和介質(zhì)槽16將集電極結(jié)構(gòu)中的N+集電區(qū)9包圍。在正向IGBT導(dǎo)通模式下，P型阱區(qū)15和介質(zhì)槽16完全屏蔽了N型集電區(qū)9對導(dǎo)通特性的影響，并且肖特基接觸金屬18與N+集電區(qū)9形成的肖特基結(jié)處于反偏狀態(tài)，肖特基勢皇阻擋電子通過歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18從N型電場截止區(qū)7流到N+集電區(qū)9，因而完全消除了負(fù)阻(snapback)現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性，并具有與傳統(tǒng)LIGBT相同的低導(dǎo)通壓降。在續(xù)流二極管的工作模式下，電流從發(fā)射極側(cè)PN結(jié)流入后在集電極端經(jīng)P型阱區(qū)15靠近介質(zhì)槽16側(cè)壁形成的電子通道和肖特基結(jié)兩條通道流出器件，在集電極端有兩條導(dǎo)電通路，續(xù)流能力更強(qiáng)，具有更低的導(dǎo)通壓降，更優(yōu)的二極管導(dǎo)通特性。本發(fā)明適用于功率集成電路領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0027]圖1是傳統(tǒng)的RC-LIGBT器件元胞結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1提供的雙通道RC-LIGBT器件元胞結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2提供的雙通道RC-LIGBT器件元胞結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖1?3中，I為襯底，2為SOI隔離氧化層，3為N型漂移區(qū)，4為P型基區(qū)，5為N+源區(qū)，6為發(fā)射極P+接觸區(qū)，7為N型電場截止區(qū)，8為P型集電區(qū)，9為N+集電區(qū)，10為柵介質(zhì)層，11為柵電極，12為發(fā)射極金屬，13為集電極金屬，14為隔離介質(zhì)層，15為P型阱區(qū)，16為介質(zhì)槽，17為歐姆接觸金屬，18為肖特基接觸金屬。
[0031 ]圖4是本發(fā)明提供的雙通道RC-LIGBT器件工藝制作流程示意圖。
[0032]圖5是本發(fā)明提供的雙通道RC-LIGBT器件在續(xù)流二極管的工作模式下的等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的原理和特性做進(jìn)一步的說明，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0034]實(shí)施例1
[0035]本實(shí)施例提供一種400V電壓等級的雙通道RC-LIGBT器件，其元胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括襯底1、位于襯底I上的氧化硅介質(zhì)層2、位于氧化硅介質(zhì)層2上的N型漂移區(qū)3、位于N型漂移區(qū)3上的發(fā)射極結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)、集電極結(jié)構(gòu)以及介質(zhì)層14;所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)由P型基區(qū)
4、N+源區(qū)5、P+接觸區(qū)6和金屬發(fā)射極12構(gòu)成，其中，P型基區(qū)4設(shè)置于N型漂移區(qū)3中并位于其頂部左側(cè)，P+接觸區(qū)6和N+源區(qū)5彼此獨(dú)立地設(shè)置于P型基區(qū)4中、且P+接觸區(qū)6和N+源區(qū)5的正面均與金屬發(fā)射極12相接觸;所述柵極結(jié)構(gòu)位于所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)的右側(cè)，由柵介質(zhì)10和多晶硅柵電極11組成，其中，柵介質(zhì)10的背面與N+源區(qū)5、P型基區(qū)4和N型漂移區(qū)3相接觸、正面與多晶硅柵電極11相接觸，所述柵極結(jié)構(gòu)與金屬發(fā)射極12之間間隔介質(zhì)層14;所述集電極結(jié)構(gòu)由N型電場截止區(qū)7、P型集電區(qū)8、N+集電區(qū)9、金屬集電極13、P型阱區(qū)15、介質(zhì)槽16、歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18構(gòu)成，其中，N型電場截止區(qū)7設(shè)置于N型漂移區(qū)3中并位于其頂部右側(cè)，所述P型阱區(qū)15設(shè)置于N型電場截止區(qū)7中、且位于其頂部右側(cè)，所述P型集電區(qū)8和N+集電區(qū)9彼此獨(dú)立設(shè)置于P型阱區(qū)15中、P型集電區(qū)8位于右側(cè)、N+集電區(qū)9位于左偵M+集電區(qū)9和P型阱區(qū)15與N型電場截止區(qū)7之間設(shè)置介質(zhì)槽16;所述金屬集電極13與P型集電區(qū)8正面相接觸、且與N+集電區(qū)9正面部分接觸，所述歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18并排設(shè)置于金屬集電極13的左側(cè)，所述肖特基接觸金屬18與N+集電區(qū)9相接觸并形成肖特基接觸、所述歐姆接觸金屬17與N型電場截止區(qū)7相接觸并形成歐姆接觸、且歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18于介質(zhì)槽16正面相短接;所述肖特基接觸金屬18與金屬集電極13之間間隔介質(zhì)層14，所述集電極結(jié)構(gòu)與柵極結(jié)構(gòu)之間間隔介質(zhì)層14。
[0036]所述P型阱區(qū)15的厚度為0.5?1.5微米，介質(zhì)槽16的深度大于P型阱區(qū)15的深度
0.1?0.2微米，介質(zhì)槽16的寬度為0.01?0.1微米，P型集電區(qū)8和N+集電區(qū)9的厚度比P型阱區(qū)15的厚度小0.3?0.5微米;P型阱區(qū)15和P型基區(qū)4，N+集電區(qū)9和N+源區(qū)5，P型集電區(qū)8和P+接觸區(qū)6的濃度可以相同也可以不同；通過調(diào)整介質(zhì)槽16的寬度和材料以及P型阱區(qū)15的濃度和深度，使P型阱區(qū)15靠近介質(zhì)槽16的側(cè)壁開始反型形成電子通道時介質(zhì)槽16兩邊N型電場截止區(qū)7和P型阱區(qū)15之間的電位差介于O?0.1V;通過選擇合適的肖特基金屬18，如Ni，可得到?0.3V甚至更低的肖特基開啟電壓。
[0037]實(shí)施例2
[0038]本實(shí)施例提供一種400V電壓等級的雙通道RC-LIGBT器件，其元胞結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括襯底1、位于襯底I上的氧化硅介質(zhì)層2、位于氧化硅介質(zhì)層2上的N型漂移區(qū)3、位于N型漂移區(qū)3上的發(fā)射極結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)、集電極結(jié)構(gòu)以及介質(zhì)層14;所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)由P型基區(qū)
4、N+源區(qū)5、P+接觸區(qū)6和金屬發(fā)射極12構(gòu)成，其中，P型基區(qū)4設(shè)置于N型漂移區(qū)3中并位于其頂部左側(cè)，P+接觸區(qū)6和N+源區(qū)5彼此獨(dú)立地設(shè)置于P型基區(qū)4中、且P+接觸區(qū)6和N+源區(qū)5的正面均與金屬發(fā)射極12相接觸;所述柵極結(jié)構(gòu)位于所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)的右側(cè)，由柵介質(zhì)10和多晶硅柵電極11組成，其中，柵介質(zhì)10的背面與N+源區(qū)5、P型基區(qū)4和N型漂移區(qū)3相接觸、正面與多晶硅柵電極11相接觸，所述柵極結(jié)構(gòu)與金屬發(fā)射極12之間間隔介質(zhì)層14;所述集電極結(jié)構(gòu)由N型電場截止區(qū)7、P型集電區(qū)8、N+集電區(qū)9、金屬集電極13、P型阱區(qū)15、介質(zhì)槽16、歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18構(gòu)成，其中，N型電場截止區(qū)7設(shè)置于N型漂移區(qū)3中并位于其頂部右側(cè)，所述P型阱區(qū)15被包圍于N型電場截止區(qū)7中，所述P型集電區(qū)8和N+集電區(qū)9彼此獨(dú)立設(shè)置于P型阱區(qū)15中、P型集電區(qū)8位于左側(cè)、N+集電區(qū)9位于右側(cè)，N+集電區(qū)9和P型阱區(qū)15與N型電場截止區(qū)7之間設(shè)置介質(zhì)槽16;所述金屬集電極13與P型集電區(qū)8正面相接觸、且與N+集電區(qū)9正面部分接觸，所述歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18并排設(shè)置于金屬集電極13的右側(cè)，所述肖特基接觸金屬18與N+集電區(qū)9相接觸并形成肖特基接觸、所述歐姆接觸金屬17與N型電場截止區(qū)7相接觸并形成歐姆接觸、且歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18于介質(zhì)槽16正面相短接;所述肖特基接觸金屬18與金屬集電極13之間間隔介質(zhì)層14，所述集電極結(jié)構(gòu)與柵極結(jié)構(gòu)之間間隔介質(zhì)層14。
[0039]所述P型阱區(qū)15的厚度為0.5?1.5微米，介質(zhì)槽16的深度大于P型阱區(qū)15的深度
0.1?0.2微米，介質(zhì)槽16的寬度為0.01?0.1微米，P型集電區(qū)8和N+集電區(qū)9的厚度比P型阱區(qū)15的厚度小0.3?0.5微米;P型阱區(qū)15和P型基區(qū)4，N+集電區(qū)9和N+源區(qū)5，P型集電區(qū)8和P+接觸區(qū)6的濃度可以相同也可以不同；通過調(diào)整介質(zhì)槽16的寬度和材料以及P型阱區(qū)15的濃度和深度，使P型阱區(qū)15靠近介質(zhì)槽16的側(cè)壁開始反型形成電子通道時介質(zhì)槽16兩邊N型電場截止區(qū)7和P型阱區(qū)15之間的電位差介于O?0.1V;通過選擇合適的肖特基金屬18，如Ni，可得到?0.3V甚至更低的肖特基開啟電壓。
[0040]上述400V電壓等級的RC-LIGBT的制備方法，如圖4所示，具體包括以下步驟:
[0041 ]第一步:選取絕緣體上硅(SOI)材料，其中襯底厚度為500微米，摻雜濃度為I X 115個/cm3、位于襯底上的氧化硅介質(zhì)層厚度為2微米、位于氧化硅介質(zhì)層上的N型漂移區(qū)的厚度為10微米，摻雜濃度為I X 115個/cm3;
[0042]第二步:光刻，在硅片表面部分區(qū)域通過離子注入N型雜質(zhì)并退火制作RC-LIGBT的N型電場截止區(qū)7，形成的N型電場截止區(qū)的厚度為4微米，離子注入能量為120keV，注入劑量為5X 113個/cm2，退火溫度為1100°C，退火時間為30分鐘；
[0043]第三步:硅片表面熱氧化并淀積多晶硅柵電極材料，光刻、刻蝕部分柵電極材料和柵氧化層形成柵介質(zhì)層10和柵電極11，形成的柵氧化層厚度為0.1微米；
[0044]第四步:在硅片表面部分區(qū)域通過離子注入P型雜質(zhì)并退火制作RC-LIGBT的P型基區(qū)4和P型阱區(qū)15，形成的P型基區(qū)4和P型阱區(qū)15的厚度分別為2.5微米和I微米;離子注入能量為80keV，注入劑量為6 X 113個/cm2，退火溫度為1050°C，退火時間為30分鐘，形成的P型基區(qū)4距離N型電場截止區(qū)7為40?45微米；
[0045]第五步:光刻，在硅片表面部分區(qū)域通過離子注入N型雜質(zhì)制作RC-LIGBT的N+源區(qū)5和N+集電區(qū)9，形成的N+源區(qū)5和N+集電區(qū)9的厚度為0.5微米，離子注入能量為60keV，注入劑量為I X 114個/cm2;
[0046]第六步:光刻，在硅片表面部分區(qū)域通過離子注入P型雜質(zhì)并退火制作RC-LIGBT的P+接觸區(qū)6和P型集電區(qū)8，形成的P+接觸區(qū)6和P型集電區(qū)8的厚度為0.5微米;離子注入能量為60keV，注入劑量為6X 113個/cm2，退火溫度為1000°C，退火時間為15分鐘；
[0047]第七步:光刻，刻蝕并填充介質(zhì)形成介質(zhì)槽16，介質(zhì)槽16的深度為1.1?1.2微米，介質(zhì)槽16的寬度為0.0l?0.02微米，介質(zhì)槽16的側(cè)壁一邊與N型電場截止區(qū)7相接觸，一邊與N+集電區(qū)9和P型阱區(qū)15的側(cè)壁相接觸；
[0048]第八步:淀積并光刻、刻蝕介質(zhì)層形成介質(zhì)層14;
[0049]第九步:淀積并光刻、刻蝕金屬在器件表面的適當(dāng)位置形成金屬發(fā)射極12、金屬集電極13、歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18，其中N型電場截止區(qū)7靠近介質(zhì)槽16的上表面與歐姆接觸金屬17相接觸并形成歐姆接觸，N+集電區(qū)9靠近介質(zhì)槽16的上表面與肖特基接觸金屬18相接觸并形成肖特基接觸，歐姆接觸金屬17和肖特基接觸金屬18在介質(zhì)槽16上表面相短接。
[0050]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換;所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙通道RC-LIGBT器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括襯底(1)、位于襯底(I)上的氧化硅介質(zhì)層(2)、位于氧化硅介質(zhì)層(2)上的N型漂移區(qū)(3)、位于N型漂移區(qū)(3)上的發(fā)射極結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)、集電極結(jié)構(gòu)以及介質(zhì)層(14);所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)由P型基區(qū)(4)、N+源區(qū)(5)、P+接觸區(qū)(6)和金屬發(fā)射極(12)構(gòu)成，其中，P型基區(qū)(4)設(shè)置于N型漂移區(qū)(3)中并位于其頂部一側(cè)，P+接觸區(qū)(6)和N+源區(qū)(5)彼此獨(dú)立地設(shè)置于P型基區(qū)(4)中、且P+接觸區(qū)(6)和N+源區(qū)(5)的正面均與金屬發(fā)射極(12)相接觸；所述柵極結(jié)構(gòu)位于所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)的側(cè)面，由柵介質(zhì)(10)和多晶硅柵電極(11)組成，其中，柵介質(zhì)(10)的背面與N+源區(qū)(5)、P型基區(qū)(4)和N型漂移區(qū)(3)相接觸、正面與多晶硅柵電極(11)相接觸，所述柵極結(jié)構(gòu)與金屬發(fā)射極(12)之間間隔介質(zhì)層(14); 其特征在于，所述集電極結(jié)構(gòu)由N型電場截止區(qū)(7)、P型集電區(qū)(8)、N+集電區(qū)(9)、金屬集電極(13)、P型阱區(qū)(15)、介質(zhì)槽(16)、歐姆接觸金屬(17)和肖特基接觸金屬(18)構(gòu)成，其中，N型電場截止區(qū)(7)設(shè)置于N型漂移區(qū)(3)中并位于其頂部另一側(cè)，所述P型阱區(qū)(15)設(shè)置于N型電場截止區(qū)(7)中，所述P型集電區(qū)(8)和N+集電區(qū)(9)彼此獨(dú)立設(shè)置于P型阱區(qū)(15)中，N+集電區(qū)(9)和P型阱區(qū)(15)與N型電場截止區(qū)(7)之間設(shè)置介質(zhì)槽(16);所述金屬集電極(13)與P型集電區(qū)(8)正面相接觸、且與N+集電區(qū)(9)正面部分接觸，所述歐姆接觸金屬(17)和肖特基接觸金屬(18)并排設(shè)置于金屬集電極(13)的側(cè)面，所述肖特基接觸金屬(18)與N+集電區(qū)(9)相接觸并形成肖特基接觸、所述歐姆接觸金屬(17)與N型電場截止區(qū)(7)相接觸并形成歐姆接觸、且歐姆接觸金屬(17)和肖特基接觸金屬(18)于介質(zhì)槽(16)正面相短接;所述肖特基接觸金屬(18)與金屬集電極(13)之間間隔介質(zhì)層(14)，所述集電極結(jié)構(gòu)與柵極結(jié)構(gòu)之間間隔介質(zhì)層(14)。2.按權(quán)利要求1所述雙通道RC-LIGBT器件，其特征在于，所述介質(zhì)槽(16)的深度大于P型阱區(qū)(15)的厚度、小于N型電場截止區(qū)(7)的厚度;所述P型集電區(qū)(8)和N+集電區(qū)(9)的厚度小于P型阱區(qū)(15)的厚度。3.按權(quán)利要求1所述雙通道RC-LIGBT器件，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)或槽柵結(jié)構(gòu)。4.按權(quán)利要求1所述雙通道RC-LIGBT器件，其特征在于，所述雙通道RC-LIGBT器件的半導(dǎo)體材料采用S 1、S i C、GaAs或者GaN制作。5.按權(quán)利要求1所述雙通道RC-LIGBT器件，其特征在于，所述介質(zhì)槽16中填充的介質(zhì)為Si02、Hf02、Al203 或者 Si3N4。6.按權(quán)利要求1所述雙通道RC-LIGBT器件的制備方法，包括以下步驟: 第一步:選取絕緣體上硅(SOI)材料，其中硅襯底厚度為300?600微米，摻雜濃度為114?115個/cm3、位于襯底上的氧化娃介質(zhì)層厚度為0.5?3微米、位于氧化娃介質(zhì)層上的N型漂移區(qū)的厚度為5?20微米，摻雜濃度為114?115個/cm3; 第二步:光刻，在硅片表面預(yù)設(shè)區(qū)域通過離子注入N型雜質(zhì)并退火制作RC-LIGBT的N型電場截止區(qū)，形成的N型電場截止區(qū)的厚度為2?5微米； 第三步:硅片表面熱氧化并淀積柵電極材料，光刻、刻蝕部分柵電極材料和柵氧化層形成柵介質(zhì)層和柵電極； 第四步:光刻，在硅片表面預(yù)設(shè)區(qū)域通過離子注入P型雜質(zhì)并退火制作RC-LIGBT的P型基區(qū)和P型阱區(qū)，形成的P型基區(qū)和P型阱區(qū)的厚度分別為2?2.5微米和I?1.5微米； 第五步:光刻，在硅片表面預(yù)設(shè)區(qū)域通過離子注入N型雜質(zhì)制作RC-LIGBT的N+源區(qū)和N+集電區(qū)，形成的N+源區(qū)和N+集電區(qū)的厚度為0.2?0.5微米； 第六步:光刻，在硅片表面預(yù)設(shè)區(qū)域通過離子注入P型雜質(zhì)并退火制作RC-LIGBT的P+接觸區(qū)和P型集電區(qū)，形成的P+接觸區(qū)和P型集電區(qū)的厚度為0.2?I微米； 第七步:光刻，刻蝕并填充介質(zhì)形成介質(zhì)槽，形成的介質(zhì)槽的深度小于N型電場截止區(qū)的深度，介質(zhì)槽的深度大于P型阱區(qū)的深度0.1?0.2微米，介質(zhì)槽的寬度為0.0l?0.1微米；第八步:淀積并光刻、刻蝕介質(zhì)層形成介質(zhì)層； 第九步:淀積并光刻、刻蝕金屬在器件表面的適當(dāng)位置形成金屬發(fā)射極、金屬集電極、歐姆接觸金屬和肖特基接觸金屬； 即制備得雙通道RC-LIGBT。
【文檔編號】H01L29/739GK106067480SQ201610592595
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月26日
【發(fā)明人】張金平, 黃孟意, 李丹, 底聰, 劉競秀, 李澤宏, 任敏, 張波
【申請人】電子科技大學(xué)