[发明专利]一种横向肖特基栅双极晶体管及其制作方法

说明书

本发明提出了一种横向肖特基栅双极晶体管(LSGBT)及其制作方法。该LSGBT器件将LIGBT结构的源漏区与MESFET结构的肖特基栅相结合，使用肖特基栅代替绝缘栅，同时其栅结构与常规MESFET的沟槽栅结构类似，而其余部分则与常规LIGBT结构类似。相比于LIGBT，LSGBT器件结构中不存在寄生的NPN晶体管结构，有利于消除闩锁效应，增强了器件的稳定性；栅控方式由绝缘栅变为肖特基栅，不仅可以降低栅极工艺的复杂度，解决宽带隙半导体材料的氧化问题，还可以保留电压控制器件的优点，即具有高输入阻抗。该LSGBT器件尤其适用于低压大电流领域。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，尤其涉及一种横向栅控双极晶体管。

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。目前，宽带隙半导体材料LIGBT器件的工艺难度较高，且因闩锁效应可能会导致器件不够稳定。

发明内容

本发明提出了一种横向肖特基栅双极晶体管及其制作方法，旨在降低工艺难度和消除闩锁效应，改善器件性能。

本发明的技术方案如下：

该横向肖特基栅双极晶体管，包括：

P型衬底；

在P型衬底上表面形成的N型外延层；

在N型外延层上部的右端区域形成的N型缓冲区，并在N型缓冲区上部形成的P型漏区；

在N型外延层上部的左端区域形成的N型源区；

源极，位于N型源区的上表面；

漏极，位于P型漏区的上表面；

在N型外延层上部的中央区域形成栅槽，栅极位于栅槽底部，栅长为0.5～1微米，栅极与源极、漏极的距离分别为0.2～0.5微米和0.6～0.9微米；所述栅槽的深度为1～3微米，根据源漏饱和电流确定(栅槽越深，N型沟道越窄，源漏饱和电流越小)。

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为2×10¹⁷cm^-3。

N型外延层的掺杂浓度比P型衬底的掺杂浓度高1～2个数量级。

N型缓冲区及P型漏区在N型外延层上部通过离子注入以及双扩散技术形成，N型源区则通过离子注入技术形成。

形成上述栅槽所使用的工艺为湿法腐蚀。

源漏极金属与半导体材料为欧姆接触，栅极金属与半导体材料为肖特基接触。

P型衬底和N型外延层为宽带隙半导体材料，具体选择碳化硅或氮化镓。

一种制作上述横向肖特基栅双极晶体管的方法，包括以下步骤：

(1)准备P型宽带隙半导体材料作为P型衬底；

(2)在P型衬底的上表面外延生长形成N型外延层；

(3)在N型外延层的上部右侧区域通过离子注入工艺形成N型缓冲区，并在较高温度下进行推阱过程，结深最终依赖于推阱的温度和时间；