一种具有浮置环结构的双极型晶体管的制作方法

xiaoxiao2020-8-1  8

一种具有浮置环结构的双极型晶体管的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有浮置环结构的双极型三极管,自下而上包括衬底、缓冲区、集电区、基区以及发射区,在所述基区和集电区的边界处分别成形有欧姆接触区,发射极位于所述发射区上,集电极位于所述集电区的欧姆接触区之上,基极位于所述基区的欧姆接触区之上,在所述集电区的欧姆接触区周围成形有多个浮置环,所述浮置环位于所述集电区表面,并靠近所述欧姆接触区。上述方案有效避免了现有技术中LBJT在集电极欧姆接触区的边缘产生过高的电场强度,抑制阻断电压提高的技术问题,是一种可以承担更高的阻断电压的具有浮置环的双极型晶体管。
【专利说明】一种具有浮置环结构的双极型晶体管【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双极型晶体管,具体地说是一种具有浮置环的平面型双极型晶体管,属于电力电子集成【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着电子技术的发展,电力电子技术的应用越来越广泛。由于电力电子装置的复杂性,使得它的普及和推广存在着一定的障碍。电力电子集成可以将复杂的电力电子元件通过集成的方式设置,大大简化了电子元件的复杂性,因此国际电力电子学界普遍认为,电力电子集成技术是解决电力电子技术发展所面临的障碍的最有希望的出路。在电力电子集成元件中,平面型电力电子器件由于耐高压且易于集成的特性在电力电子集成领域具有巨大的应用潜力。横向双极型晶体管(LBJT)是以两个反向连结的PN结组成的NPN或者PNP为基本结构,通过基 集电流驱动来获得其开关特效的电力电子器件。横向双极型晶体管(LBJT)在较低的偏置电压下可以获得更高的电流密度,高温性能稳定,与绝缘栅双极型晶体管(IGBT)相比,由于IGBT中具有绝缘栅型晶体管(MOS)结构,MOS结构存在易氧化、稳定性差的问题,因此横向双极型晶体管(LBJT)具有更好的抗氧化性和稳定性。
[0003]无论是LBJT还是IGBT,为了保证其在电路中稳定的工作,都需要具有较好的抗电压击穿性能。如中国专利文献CN102610638A中公开了一种用于功率集成电路的S1-BJT器件及其制作方法,自下而上包括SiC衬底、P型缓冲层、η型集电区、P型基区、η型发射区、钝化层、P型欧姆接触位于P型基区的两侧、η型欧姆接触位于η型发射区两侧、发射极位于η型发射区上、基极位于P型欧姆接触上、集电极位于η型欧姆接触区上,在集电区与基区界面处设有长度为0.2-0.6um的保护环,在基集电极处设置有场板。在该技术方案中,在基区和集电区之间增加了保护环结构,提高了基极和集电极之间的阻断电压,因此可以明显的提高器件的击穿电压。虽然通过所述保护环减缓了空间电场在基极和集电极的边界聚集,但是,容易导致集电极欧姆接触区的边缘具有过高的电场强度,这样就制约了双极性三极管的阻断电压的提高。

【发明内容】

[0004]本发明所要解决的技术问题是现有技术中LBJT在集电极欧姆接触区的边缘产生过高的电场强度,抑制阻断电压提高的技术问题,从而提供一种可以承担更高的阻断电压的具有浮置环的双极型晶体管。
[0005]为解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:一种具有浮置环结构的双极型三极管,自下而上包括衬底、缓冲区、集电区、基区以及发射区,在所述基区和集电区的边界处分别成形有欧姆接触区,发射极位于所述发射区上,集电极位于所述集电区的欧姆接触区之上,基极位于所述基区的欧姆接触区之上,在所述集电区的欧姆接触区周围成形有多个浮置环,所述浮置环位于所述集电区表面,并靠近所述欧姆接触区。
[0006]所述浮置环设置1-100个。[0007]所述浮置环设置40个。
[0008]所述浮置环在所述集电区的欧姆接触区周围均匀设置。
[0009]所述浮置环与所述集电区的欧姆接触区的距离为0.lum-lOum。
[0010]所述浮置环为在所述集电区的漂移区通过离子注入并退火形成的环形浮空区域。
[0011]所述离子为硼离子、铝离子。
[0012]在所述基区与所述集电区的边界处也设置有浮置环。
[0013]所述衬底为P+碳化硅衬底,所述缓冲区为P型碳化硅外延层。
[0014]所述双极型三极管为PNP或NPN型横向双极型三极管。
[0015]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0016](I)本发明所述的具有浮置环结构的双极型三极管,包括衬底、缓冲区、集电区、基区以及发射区,在所述基区和集电区的边界处分别成形有欧姆接触区,发射极位于所述发射区上,集电极位于所述集电区的欧姆接触区之上,基极位于所述基区的欧姆接触区之上,在所述集电区的欧姆接触区周围成形有多个浮置环,所述浮置环位于所述集电区表面,并靠近所述欧姆接触区。所述浮置环自身存在的空间电荷与所述集电区漂移区内空间电荷去连成一片,增加了漂移区空间电荷的面积,由于所述浮置环位于集电区的表面且在所述欧姆接触区的周围,这样大大减缓了空间电场在所述集电区的欧姆接触区边缘的聚集,使双极型晶体管的漂移区内急剧上升的电场变得平缓,从而使得相同漂移区长度可以承担更高的阻断电压,击穿电压最高可以提升40%以上。上述方案有效避免了现有技术中LBJT在集电极欧姆接触区的边缘产生过高的电场强度,抑制阻断电压提高的技术问题,是一种可以承担更高的阻断电压的具有浮置环的双极型晶体管。
[0017](2)本发明所述的具有浮置环结构的双极型三极管,所述浮置环可以设置1-100个,优选20或40个,均匀设置在所述集电区的欧姆接触区周围,有效缓解集电极欧姆接触区的边缘产生过高的电场强度,且进一步保证了所述集电区欧姆接触区的边缘周围电压的均匀性,在提高所述阻断电压的同时确保其稳定性。
[0018](3)本发明所述的具有浮置环结构的双极型三极管,所述浮置环与所述集电区的欧姆接触区的距离为0.lum-lOum,优选0.5um,此处的浮置环离集电区的欧姆接触区距离根据集电区宽度及掺杂浓度决定。在此距离范围内设置所述浮置环,可以更好的减缓所述集电区的欧姆接触区边缘处的电场增强,使得在所述边缘区内急剧上升的电场变得平缓,提高了阻断电压,击穿电压可以提高40%,具有很好的效果。
[0019](4)本发明所述的具有浮置环结构的双极型三极管,所述浮置环为在所述集电区的漂移区通过离子注入并退火形成的环形浮空区域,所述离子为硼离子、铝离子,此处形成所述浮置环的工艺简单,相对于其他提高碳化硅LBJT阻断电压等级、减少通态损耗的技术,更能节约成本,以相对较低的成本获取了更好的工作性能。
[0020](5)本发明所述的具有浮置环结构的双极型三极管,所述衬底为P+碳化硅衬底,所述缓冲区为P型碳化硅外延层,所述双极型三极管为PNP或NPN型,可以根据需要进行选择,具有很好的实用性。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,下面结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中,
[0022]图1是本发明所述的具有浮置环结构的双极型三极管结构示意图;
[0023]图中附图标记表示为:2_衬底,3-缓冲层,4-集电区,5-欧姆接触区,6-基区,7-欧姆接触区,8-集电极,9-浮置环,10-发射区,11-基极,12-发射极。
【具体实施方式】
[0024]实施例1:
[0025]本发明所述的具有浮置环结构的双极型三极管的结构如图1所示,此处的双极型三极管为NPN型的横向双极型三极管(LBJT),其自下而上包括衬底2、缓冲区3、集电区4、基区6以及发射区10,在所述基区6和集电区4的边界处分别成形有欧姆接触区7、5,发射极12位于所述发射区10上,集电极8位于所述集电区4的欧姆接触区5之上,基极11位于所述基区6的欧姆接触区7之上,。在本实施例中,所述衬底2为P+碳化硅衬底,向上一层的缓冲层3为碳化硅外延层,再向上一层的集电区4,通过离子注入在所述集电区4内形成欧姆接触区5,在集电区中的漂移区通过离子注入形成浮置环(Floating Rings) 9,再向上一层为器件的基区6和欧姆接触区7,最上面一层为发射区10。所述基区、发射区和集电区经过多次外延及离子注入形成图1中的结构,在每次外延后还需要配套以相应的离子注入和高温退火。在本实施例中,所述浮置环9在述集电区4的欧姆接触区5周围均匀设置20个,此处的设置位置和设置个数根据需要来选择。所述浮置环9位于所述集电区4的表面,并靠近所述欧姆接触区5。这样,当所述集电区的欧姆接触区边缘的电场强度升高时,浮置环的结构自身存在的空间电荷与漂移区内空间电荷区连成一片,增加了漂移区的空间电荷区的面积,同时由于浮置环位于所述集电区的表面且在所述欧姆接触区的周围,大大减缓了空间当场在表面尤其是在欧姆接触区边缘的聚集,使得漂移区在欧姆接触区边缘的电场变得平缓,从而使得所述欧姆接触区可以承担更高的阻断电压,即提高了所述LBJT的抗击穿性能,击穿电压最闻可以提闻40%以上。
[0026]实施例2:
[0027]在实施例1的基础上,所述浮置环可以设置I个或10个或40个或50个或100个,一般在1-100之间根据需要选择。在本实施例中,所述浮置环的个数为40个,此处的个数根据所述双极型三极管的材料以及尺寸设置。为了保证所述浮置环对所述集电区的欧姆接触区的电场的平缓效果,所述浮置环与所述集电区的欧姆接触区的设置距离为0.5um,所述浮置环是通过在所述集电区的漂移区通过离子注入并退火形成的环形浮空区域,此处的离子可以选择硼离子、铝离子,本实施例中选择的是硼离子。为了提高所述集电区整个表面的抗击穿能力,还可以在所述集电区表面设置多个浮置环,在所述基区与所述集电区的边界处也设置浮置环。
[0028]作为其他可以变换的实施方式,所述浮置环与所述集电区的欧姆接触区的距离可以选择0.1um或Ium或4um或lOum,对于正常大小的双极型三极管,所述距离一般在
0.1-1Oum之间选择,此处的浮置环离所述集电区欧姆接触区的距离根据集电区宽度及掺杂浓度决定,对于大尺寸的双极型三极管,其距离也会超过lum。
[0029]此外,本发明所述的具有浮置环结构的双极型三极管,除碳化硅外,还可以选择硅
(Si)、氮化镓(GaN)等半导体材料,并且该结构同样适用于PNP结构的双极型三极管。[0030]显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种具有浮置环结构的双极型三极管,自下而上包括衬底、缓冲区、集电区、基区以及发射区,在所述基区和集电区的边界处分别成形有欧姆接触区,发射极位于所述发射区上,集电极位于所述集电区的欧姆接触区之上,基极位于所述基区的欧姆接触区之上,其特征在于:在所述集电区的欧姆接触区周围成形有多个浮置环,所述浮置环位于所述集电区表面,并靠近所述欧姆接触区。
2.根据权利要求1所述的具有浮置环结构的双极型三极管,其特征在于:所述浮置环设置1-100个。
3.根据权利要求2所述的具有浮置环结构的双极型三极管,其特征在于:所述浮置环设置40个。
4.根据权利要求1或2或3所述的具有浮置环结构的双极型三极管,其特征在于:所述浮置环在所述集电区的欧姆接触区周围均匀设置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的具有浮置环结构的双极型三极管,其特征在于:所述浮置环与所述集电区的欧姆接触区的距离为0.lum-lOum。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的具有浮置环结构的双极型三极管,其特征在于:所述浮置环为在所述集电区的漂移区通过离子注入并退火形成的环形浮空区域。
7.根据权利要求6所述的具有浮置环结构的双极型三极管,其特征在于:所述离子为硼离子、铝离子。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的具有浮置环结构的双极型三极管,其特征在于:在所述基区与所述集电区的边界处也设置有浮置环。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的浮置环结构的双极型三极管,其特征在于:所述衬底为P+碳化硅衬底,所述缓冲区为P型碳化硅外延层。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的浮置环结构的双极型三极管,其特征在于:所述双极型三极管为PNP或NPN型横向双极型三极管。
【文档编号】H01L29/45GK103681816SQ201210330637
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月9日 优先权日:2012年9月9日
【发明者】崔京京, 张作钦 申请人:苏州英能电子科技有限公司

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