[發(fā)明專利]一種提高電流密度的絕緣體上硅N型半導(dǎo)體組合器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010265794.6
• 申請(qǐng)日: 2010-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN101969062A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢欽松;魏守明;孫偉鋒;陸生禮;時(shí)龍興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L27/12
• 分類號(hào): H01L27/12;H01L29/06;H01L21/76
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 黃雪蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高壓功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，是關(guān)于一種適用于高壓應(yīng)用的提高電流密度的絕緣體上硅N型半導(dǎo)體組合器件。

背景技術(shù)

隨著人們對(duì)現(xiàn)代化生活需求的日益增強(qiáng)，功率半導(dǎo)體器件的性能越來越受到關(guān)注，其中功率半導(dǎo)體器件的可集成性、高耐壓、大電流和與低壓電路部分的良好的隔離能力是人們最大的技術(shù)要求。決定功率集成電路處理高電壓、大電流能力大小的因素除了功率半導(dǎo)體器件的種類以外，功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和制造工藝也是重要的影響因素。

長(zhǎng)久以來，人們采用的功率半導(dǎo)體器件為高壓三級(jí)管和高壓絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。這兩種器件在滿足人們基本的高耐壓和可集成性的需求的同時(shí)，也給功率集成電路帶來了許多的負(fù)面影響。對(duì)于高壓三級(jí)管，它的不足有輸入阻抗很低，開關(guān)速度不高。盡管高壓絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸入阻抗非常高，但是電流驅(qū)動(dòng)能力有限，除此之外，它的高耐壓和高的導(dǎo)通阻抗呈現(xiàn)出不可避免的矛盾。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，絕緣柵雙極型器件的出現(xiàn)解決了人們對(duì)功率半導(dǎo)體器件的大部分需求。絕緣柵雙極型器件集合了高壓三極管和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的優(yōu)勢(shì)，具有高的輸入阻抗、高的開關(guān)速度、高耐壓、大的電流驅(qū)動(dòng)能力和低導(dǎo)通阻抗等性能。但是，絕緣柵雙極型器件是縱向器件，可集成性能差。后來出現(xiàn)的橫向絕緣柵雙極型器件解決了這一問題。

功率半導(dǎo)體器件的可集成性、高耐壓、大電流的需求解決后，它的隔離性成為主要的矛盾。主要是在體硅工藝中，高壓電路和低壓電路同時(shí)集成在一個(gè)芯片上，高壓電路的漏電流會(huì)比較高，因此會(huì)通過襯底進(jìn)入低壓電路引發(fā)低壓電路的閂鎖，最終造成芯片燒毀。為了解決這一問題，人們提出了絕緣體上硅工藝。

絕緣體上硅工藝的出現(xiàn)有效地解決了功率半導(dǎo)體器件的隔離問題。目前絕緣體上橫向絕緣柵雙極型器件已成為功率半導(dǎo)體器件的主力軍，廣泛應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。

圍繞著絕緣體上橫向絕緣柵雙極型器件的一個(gè)較大的問題是，與縱向器件相比電流密度不夠高，因此常常以加大器件的面積來獲得高的電流驅(qū)動(dòng)能力，因而耗費(fèi)大量的芯片面積，增加了成本。本文介紹了一種新型的提高電流密度的絕緣體上硅N型半導(dǎo)體組合器件，在不增加版圖面積的前提下，與同尺寸的普通絕緣體上N型橫向絕緣柵雙極型器件相比，電流密度大幅度增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種能夠在不改變器件面積的基礎(chǔ)上有效提高器件電流密度的絕緣體上硅N型半導(dǎo)體組合器件。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種提高電流密度的絕緣體上硅N型半導(dǎo)體組合器件，包括：P型襯底，在P型襯底上設(shè)有埋氧層，其特征在于，在埋氧層中央設(shè)有P型深阱，在P型深阱上設(shè)有P型體接觸區(qū)和N型源區(qū)且在P型體接觸區(qū)和N型源區(qū)上設(shè)有連通二者的源極金屬，在埋氧層上還設(shè)有第一隔離區(qū)和第二隔離區(qū)，由所述的第一隔離區(qū)和第二隔離區(qū)向埋氧層中心延伸并由此分割形成絕緣柵雙極型器件區(qū)和高壓三極管區(qū)，在絕緣柵雙極型器件區(qū)內(nèi)設(shè)有絕緣柵雙極型器件，所述的絕緣柵雙極型器件中的源區(qū)采用所述的N型源區(qū)且所述的N型源區(qū)位于絕緣柵雙極型器件區(qū)內(nèi)，在高壓三極管區(qū)內(nèi)設(shè)有高壓三極管，所述的高壓三極管中的集電區(qū)采用所述的P型體接觸區(qū)，所述的P型體接觸區(qū)位于高壓三極管區(qū)內(nèi)，所述的絕緣柵雙極型器件中的第一漏極金屬通過第二金屬與所述的高壓三極管中的第一基極金屬連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明的半導(dǎo)體組合半導(dǎo)體器件分為兩個(gè)部分，其中一個(gè)部分用于制作絕緣柵雙極型器件，另一部分用于制作高壓三極管，并同過第二金屬將絕緣柵雙極型器件的漏極和高壓三極管的基極連接在一起，可以在不改變器件總面積的基礎(chǔ)上有效的將前者的漏極電流作為流過高壓三極管的基極電流進(jìn)一步放大，從而提高電流密度。該半導(dǎo)體組合器件的等效電路圖參見附圖4，圖5顯示了本發(fā)明的半導(dǎo)體組合器件與相同面積的絕緣柵雙極型器件的電流密度的比較，可見，本發(fā)明的半導(dǎo)體組合器件的電流密度比一般絕緣柵雙極型器件的電流密度大大提高了。

(2)本發(fā)明器件的好處在于可以通過調(diào)整第一隔離區(qū)101與第二隔離區(qū)102的夾角來優(yōu)化絕緣柵雙極型器件和高壓三極管的版圖面積的比例，以達(dá)到整個(gè)組合半導(dǎo)體器件的電流密度與其他性能(如散熱情況等)折衷的最優(yōu)效果。

(3)本發(fā)明器件的在提高電流密度的同時(shí)與傳統(tǒng)器件相比，并不改變器件原來的版圖面積。