横向功率半导体晶体管的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及横向功率半导体晶体管，且更具体地涉及但不限于横向绝缘栅双极晶体管(LIGBT)。本发明还一般涉及增加横向双极功率半导体晶体管的开关速度的方法。
【背景技术】
[0002]功率半导体设备是用作功率电子器件(例如开关电源)中的开关或整流器的半导体设备。这样的设备能够用在集成电路中，且使用了该设备的电路被称为功率1C、高电压1C或智能功率电路。功率半导体设备一般用在“交换模式”中(即开或关)，且因此具有为这种用途而优化的设计。
[0003]在集成电路中使用的高功率设备一般在20V至1.2kV的电压范围和1mA至50A的电流水平范围操作。它们的应用领域包括便携式消费电子设备、家庭电器、电动车、电机控制和电源以及RF和微波电路和通信系统。
[0004]集成电路(1C)中的横向功率设备的主端子(作为高电压端子的阳极/漏极/集电极和作为低电压端子的阴极/源极/发射极)和控制端子(栅极/基极)均设置在该设备的表面以便于接触。在功率1C中，该设备通常是单片地集成在CMOS型或BiCMOS型低电压/低功率电路中。为了使成本最小化，如果可能的话，高电压功率设备和低功率CMOS电路使用基于CMOS工艺的共同层。但是，漂移层是专用于高电压设备的，且其通常在CMOS工艺顺序之前建成。
[0005]绝缘栅双极晶体管(IGBT)属于现今市场上非常大群的高电压功率设备。它们具有在双极晶体管中找到的M0S栅驱动和高电流密度的组合优点。由于在漂移区的电导调制，因此IGBT中漂移层的导电性能够急剧增加。但是一般地，高水平的电荷导致导通状态损耗降低但开关损耗升高。
[0006]目前市场上的大部分IGBT都是基于纵向设计的。纵向设计具有在表面的低电压端子(统称为阴极或发射极)和控制端子(称为栅极)，而称为阳极或集电极的高电压端子在设备的底部。纵向设备具有高电流能力，但是它们不兼容CMOS。横向绝缘栅双极晶体管(LIGBT)早在 1984 年就被提出了 (M.Darwish, ‘Lateral Resurf C0MFET，，ElectronicsLetters，第20卷第12期，1984年)，但是与纵向IGBT相比，只有一些S0I (绝缘体上硅薄膜)和DI (电介质隔离)方案在商业上是成功的。
[0007]通常，在IGBT中通过改变在整个漂移层的或在漏极局部的载流子的寿命来调整导通状态的电压压降和关闭损耗之间的权衡。横向功率设备中的寿命消磨是具有挑战性的，因为其可能损坏集成电路中的CMOS或B1-CM0S电路块。
[0008]用于调整IGBT中导通状态损耗和关闭损耗之间的权衡的另一常用方法是基于改变阳极/漏极/集电极注入效率。这已经通过改变注射结(例如漏极P+或η型缓冲区)的任一侧上的半导体层的掺杂来实施。改变该层的掺杂对于横向功率设备来说是非常困难的，因为CMOS或B1-CM0S工艺中可用的大多数层都具有由CMOS或B1-CM0S低电压设备的性能决定的掺杂浓度。此外，即使这些改变中的一些能够通过引入额外的层来满足，但是也可能需要重新调整导通状态损耗和开关损耗之间的权衡以使得设备在特定应用环境中更有效率地工作。因此，该工艺必须被重新制定以允许这种改变。这是昂贵且耗时的。
[0009]US1991/US4989058(Sel Colak等)报告了形成一种形成具有改进开关性能的LIGBT的方法。阳极/漏极区能够直接与P+和N+区直接接触以形成阳极短路型LIGBT的。在阳极的N+区能够通过电阻元件与P+区连接，由此改进LIGBT的导通状态。可替换地，能够在η缓冲区形成肖特基接触而不是使用到阳极P+的欧姆接触，由此控制少量载流子注入和电导调制。
[0010]A.Nakagawa等在 ‘500V Three Phase Inverter ICs Based on a New DielectricIsolat1n Technique，，ISPSD 1992，pp 328-332 中报告了一种具有阳极结构的 LIGBT，其特征是在浅P-漏极层中形成额外的N+区。该报告中的结构表现与高注入条件中的常规阳极短路结构完全相同。但是，在低注入条件中，该结构与普通LIGBT相同。
[0011]Terashima 等在 ‘A Novel Driving Technology for a Passive Gate on aLateral-1GBT’，ISPSD 2009,pp 45-48中研究通过在设备的阳极/漏极侧使用无源栅而带来的LIGBT性能改进。无源栅能够在不需要另外的过程或结构改变的情况下被驱动。其栅极连接到浮动电极的无源PM0S同时随着阳极/漏极电压摇摆而开关。因此，能够实现普通LIGBT的低导通电阻和阳极短路LIGBT的低关闭损耗。
[0012]US2011/0057230A1涉及一种形成LIGBT的方法，该LIGBT具有改进的导通状态损耗和开关损耗之间的权衡同时抑制寄生晶闸管闭锁。漏极/阳极P+掺杂能够被减少以降低阳极注入。可以在漏极/阳极P+前面使用漂浮N+区以增强复合。可替换地，可以在漏极/阳极P+下面使用N+隐埋层以扼制载流子深入到衬底的注入。
[0013]US2012/0061726A1报告了一种形成LIGBT的方法，该LIGBT的性能优于现有技术。该较佳的性能是通过具有窄P+注入区和在η缓冲区上的稍微掺杂的Ρ层上的宽肖特基接触的阳极结构来实现的。
[0014]图1示意性示出了体硅技术中的现有技术LIGBT的剖面图。在该图中，η型区形成在Ρ型衬底7中以形成漂移区3，其在关闭状态阻断模式期间将耗尽载流子以支持击穿电压并在导通状态导通模式期间传导电荷。Ρ型区1与漏电极形成欧姆接触。η型区2围绕Ρ型区1并比漂移区3具有更高度的掺杂。η型区2阻止击穿并还能够用于改变LIGBT特性。Ρ阱4形成设备沟道区。设备栅电极被设置在该区的上面且由薄氧化层隔开。该栅电极用于通过控制漂移区3内的电荷流动来控制沟道区中的电荷。还有一个η型区5和ρ型区6被形成在ρ阱4内，其彼此连接以形成到设备源极的欧姆接触。
[0015]LIGBT能够概括地被认为是低电压M0SFET，其驱动宽基极双极晶体管。取决于技术，能够有具有窄基极和宽集电极的第二双极晶体管。图2示出了图1的相同LIGBT，其在体硅技术中的LIGBT中具有两个双极晶体管。纵向ΡΝΡ晶体管通常允许等离子注入深入到Ρ衬底。等离子深入到Ρ衬底的注入将导致开关速度慢且相继的高开关损耗。通过降低ΡΝΡ晶体管的增益能够改进开关速度。此外，通过降低ΡΝΡ晶体管的增益能够抑制LIGBT中的寄生晶兩管。
[0016]图3和图4示出了被提出以用于降低LIGBT中存在的高开关损耗的现有技术的LIGBT设计。图3和图4的许多特征与图1和图2中示出的特征相似，并且因此沿用相同的附图标记。但是，图3示出了阳极短路型LIGBT，其中Ν+区100连接到漏电极。这种结构具有改进的开关性能但其代价是在导通状态中更高的导通损耗和回跳特性。图4的设备结构具有在漏极P+层1前面的N+层110且其被P-型层111围绕。该设备在导通状态中将没有回跳型特性，且将具有改进的开关性能。但是，这种设计需要额外的掩膜层来形成P型层111。
[0017]因此，LIGBT领域依然需要具有改进的特性，例如增加的开关速度和/或更宽范围的工况(例如，一个或多个预定范围的主端子间的连续和/或开关电流、主端子间的电压、结和/或环境温度等的任意组合)，的LIGBT。
【发明内容】
[0018]根据本发明的一个方面，提供了一种横向双极功率半导体晶体管，包括:位于第二相反导电型的第一半导体区内的第一导电型的接触区；位于第一导电型的第二半导体区内的第二导电型的源区；设置在第一半导体区与第二半导体区