[發明專利]逆導型SOI LIGBT器件單元

有效

• 申請號: 201010197471.8
• 申請日: 2010-06-08
• 公開（公告）號: CN101872771A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 張海鵬;蘇步春;張亮;張帆;牛小燕;林彌
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L27/12
• 分類號: H01L27/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于功率集成電路技術領域，涉及一種集成續流二極管的逆導型SOI(絕緣層上半導體)LIGBT(橫向絕緣柵雙極晶體管)器件單元。

背景技術

SOI?LIGBT器件由于其較小的體積、重量，較高的工作溫度和較強的抗輻照能力，較低的成本和較高的可靠性，作為無觸點功率電子開關或功率驅動器在智能電力電子、高溫環境電力電子、空間電力電子和交通工具電力電子等技術中具有廣泛應用。常規的SOI?LIGBT(以SOI?NLIGBT為例)在襯底與頂層半導體之間含有隱埋氧化層的SOI頂層半導體中的N^-漂移區上形成場氧化層；在靠近陰極區端采用雙離子注入多晶硅自對準摻雜技術形成短溝道NMOSFET及多晶硅柵及場板，附加P⁺離子注入摻雜實現P-阱的歐姆接觸；由多晶硅柵引出柵極金屬電極，N⁺P⁺區引出陰極金屬電極；在近陽極端通過磷離子注入摻雜形成N型緩沖區，在該摻雜區進行淺P型雜質注入形成陽極區，并利用層間介質薄膜和金屬薄膜引出陽極金屬電極-漏極與漏極場板。該SOI?LIGBT器件沒有集成反向續流器件結構，不具備逆向導通功能，在帶感性負載且高頻使用過程中由于缺乏磁場能的電能泄放回路容易引起感生高電壓，導致器件損壞失效。目前，商業化的SOI?LIGBT器件在實際應用中采用外接續流二極管解決該問題，增加了系統體積、重量、成本并降低了系統速度、可靠性與使用壽命。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種具有逆向導通功能的SOILIGBT器件單元，從而顯著改善基于SOI?LIGBT器件的電力變換系統的速度、可靠性與使用壽命并降低系統體積、重量、成本。

本發明包括半導體襯底、隱埋氧化層、緩沖區、漂移區、與漂移區異型的阱、與阱同型重摻雜的阱接觸區、與漂移區同型重摻雜的源區、柵氧化層、與阱同型的主器件陽極區、與阱同型重摻雜的主器件陽極接觸區、與漂移區同型的主器件陽極短路點區、場氧化層、主器件多晶硅柵極與柵場板區、主器件邊墻隔離氧化層、邊緣溝槽隔離氧化層、內部溝槽隔離氧化層、續流二極管陰極接觸區；所述的緩沖區和漂移區為同型摻雜；

水平設置的隱埋氧化層將半導體襯底和頂層器件層完全隔離；頂層器件層包括摻雜濃度不同的兩個同型半導體區，摻雜濃度高的為緩沖區、摻雜濃度低的為漂移區；豎直設置的內部溝槽隔離氧化層將頂層器件層隔離成主器件部分和續流二極管部分，其中內部溝槽隔離氧化層將型緩沖區完全隔離，而將漂移區部分隔離；主器件部分的邊緣設置有邊緣溝槽隔離氧化層，邊緣溝槽隔離氧化層與內部溝槽隔離氧化層平行，邊緣溝槽隔離氧化層和內部溝槽隔離氧化層與隱埋氧化層相連；

在頂層器件層漂移區的上表面遠離型緩沖區的一側向下摻雜形成與漂移區異型的阱，阱沿水平方向貫穿主器件部分和續流二極管部分；在阱內沿上表面向下設置與阱同型的重摻雜的阱接觸區，阱接觸區沿水平方向貫穿主器件部分和續流二極管部分；在主器件部分的阱內沿上表面向下設置與漂移區同型的重摻雜源區，在阱內的源區的端面與邊緣溝槽隔離氧化層和內部溝槽隔離氧化層緊密接觸、側面與主器件部分的阱接觸區緊密接觸；

其中在主器件部分的阱接觸區和源區構成主器件陰極區，在續流二極管部分的阱作為續流二極管陽極區，阱接觸區作為續流二極管陽極接觸區；

在主器件部分頂層器件層的型緩沖區的上表面遠離漂移區的一側向下摻雜形成與阱同型的主器件陽極區；在主器件陽極區內沿上表面向下設置與阱同型重摻雜的主器件陽極接觸區，在主器件陽極接觸區內遠離漂移區的一側沿上表面向下設置有主器件陽極短路點區，主器件陽極短路點區沿豎直方向貫穿主器件陽極區；主器件陽極短路點區的兩個端面、主器件陽極區的兩個端面以及主器件陽極接觸區的兩個端面分別與邊緣溝槽隔離氧化層和內部溝槽隔離氧化層緊密接觸；

在續流二極管部分頂層器件層的型緩沖區的上表面遠離漂移區的一側向下進行同型重摻雜形成續流二極管陰極接觸區，其中續流二極管部分的型緩沖區作為續流二極管陰極區；

在漂移區的上表面設置有柵氧化層，柵氧化層將源區與漂移區之間的阱的上表面完全覆蓋；

場氧化層設置在頂層器件層上表面，場氧化層在主器件部分將柵氧化層以外的頂層器件層覆蓋，在續流二極管部分將頂層器件層全部覆蓋；在主器件陰極區、主器件陽極接觸區、續流二極管陽極接觸區和續流二極管陰極接觸區上開有接觸孔；

在柵氧化層上表面設置有多晶硅柵極與柵場板區，多晶硅柵極與柵場板區將柵氧化層的全部上表面以及與柵氧化層相鄰的場氧化層的部分上表面覆蓋；