[發明專利]一種絕緣體上硅可集成大電流P型組合半導體器件

有效

• 申請號: 201010266465.3
• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN101976670A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 錢欽松;孫偉鋒;曹鵬飛;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L27/12
• 分類號: H01L27/12;H01L29/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃雪蘭

技術領域

本發明涉及高壓功率半導體器件領域，是關于一種適用于高壓應用的提高電流密度的絕緣體上硅可集成大電流P型組合半導體器件。

背景技術

隨著人們對現代化生活需求的日益增強，功率半導體器件的性能越來越受到關注，其中功率半導體器件的可集成性、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體器件的種類以外，功率半導體器件的結構和制造工藝也是重要的影響因素。

長久以來，人們采用的功率半導體器件為高壓三級管和高壓絕緣柵場效應晶體管。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，也給功率集成電路帶來了許多的負面影響。對于高壓三級管，它的不足有輸入阻抗很低，開關速度不高。盡管高壓絕緣柵場效應晶體管的輸入阻抗非常高，但是電流驅動能力有限，除此之外，它的高耐壓和高的導通阻抗呈現出不可避免的矛盾。

隨著科學技術的發展，絕緣柵雙極型器件的出現解決了人們對功率半導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效應晶體管的優勢，具有高的輸入阻抗、高的開關速度、高耐壓、大的電流驅動能力和低導通阻抗等性能。但是，先出現的絕緣柵雙極型器件是縱向器件，可集成性能差。后來出現的橫向絕緣柵雙極型器件解決了這一問題。

功率半導體器件的可集成性、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集成在一個芯片上，高壓電路的漏電流會比較高，因此會通過襯底進入低壓電路引發低壓電路的閂鎖，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有效地解決了功率半導體器件的隔離問題。目前絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型器件已成為功率半導體器件的主力軍，廣泛應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

圍繞著絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型器件的一個較大的問題是，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動能力，因而耗費大量的芯片面積，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可集成大電流P型組合半導體器件，在不增加版圖面積的前提下，與同尺寸的普通絕緣體上硅P型橫向絕緣柵雙極型器件相比，電流密度大幅度增加。

發明內容

本發明提供一種能夠在不改變器件面積的基礎上有效提高器件電流密度的絕緣體上硅可集成大電流P型組合半導體器件。

本發明采用如下技術方案：

一種絕緣體上硅可集成大電流P型組合半導體器件，包括：N型硅襯底，在N型硅襯底上設有埋氧層，在埋氧層中央上方處設有N型深阱，在N型深阱上設有P型環形源區和N型體接觸區，所述P型環形源區環繞在N型體接觸區的外部，且在P型源區和N型體接觸區上設有用于連通P型源區和N型體接觸區的源極金屬，在埋氧層上還設有第一隔離區和第二隔離區，所述第一隔離區和第二隔離區向埋氧層中心延伸并由此分隔形成第一區域Ⅰ和第二區域Ⅱ，在第一區域Ⅰ內設有P型橫向絕緣柵雙極型晶體管，在第二區域(Ⅱ)內設有NPN型高壓雙極型晶體管和P型橫向雙擴散金屬氧化層場效應晶體管，所述的P型橫向絕緣柵雙極型晶體管的源區采用所述的P型環形源區，所述的NPN型高壓雙極型晶體管的集電區采用所述的N型體接觸區，所述的P型橫向雙擴散金屬氧化層場效應晶體管的源區采用所述的P型環形源區，所述的N型體接觸區同時為所述的P型橫向絕緣柵雙極型晶體管的體接觸區，連接于P型橫向絕緣柵雙極型晶體管漏極的漏極金屬通過金屬層與連接于NPN型高壓雙極型晶體管基極的基極金屬連接。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

(1)本發明器件在原來版圖的基礎上用隔離槽將器件分隔為兩個部分，其中一個部分用于制作普通P型橫向絕緣柵雙極型晶體管，另一部分用于制作NPN型高壓雙極型晶體管和普通P型高壓橫向雙擴散金屬氧化層場效應晶體管，并通過金屬層將P型橫向絕緣柵雙極型晶體管的漏極和NPN型高壓雙極型晶體管的基極連接在一起，可以有效的將前者的漏極電流作為流過NPN型高壓雙極型晶體管的基極電流進一步放大，除此之外還將與NPN型高壓雙極型晶體管處在相同區域的普通P型高壓橫向雙擴散金屬氧化層場效應晶體管的電流進行放大，從而提高整個器件電流密度。該半導體組合器件的等效電路圖參見附圖4，圖5顯示了本發明的半導體組合器件與相同面積的一般P型絕緣柵雙極型器件的電流密度的比較，可見，本發明的半導體組合器件的電流密度比一般P型絕緣柵雙極型器件的電流密度大大提高了。