[實用新型]降低熱載流子效應的P型橫向絕緣柵雙極型器件

無效

• 申請號: 201020164742.5
• 申請日: 2010-04-13
• 公開（公告）號: CN201638820U
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 錢欽松;劉斯揚;孫偉鋒;毛寧;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L29/36;H01L21/331
• 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

本實用新型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降低熱載流子效應的P型橫向絕緣柵雙極型器件。

背景技術

功率半導體器件是電力電子系統進行能量控制和轉換的基本電子元件，電力電子技術的不斷發展為半導體功率器件開拓了廣泛的應用領域，而半導體功率器件的導通電阻和擊穿電壓等特性則決定了電力電子系統的效率、功耗等基本性能。

隨著人們對現代化生活需求的日益增強，功率集成電路產品的性能越來越受到關注，其中功率集成電路的壽命越來越成為最為主要的性能指標之一。決定功率集成電路使用壽命大小的因素除了功率集成電路本身電路結構、設計以及電路所采用的制造工藝之外，所采用的功率器件性能便是功率集成電路整體性能的關鍵。

近來絕緣體上硅制造技術日益成熟，與通過傳統的體型襯底硅晶圓生產的芯片相比，基于絕緣體上硅的芯片結構中絕緣層把活動硅膜層與體型襯底硅基板分隔開來，因此大面積的NP結將被介電隔離取代。各種阱可以向下延伸至氧化埋層，有效減少了漏電流和結電容。其結果必然是大幅度提高了芯片的運行速度，拓寬了器件工作的溫度范圍。隨著絕緣體上硅的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管的出現，它以普通橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管無法比擬的優點(功耗低、抗干擾能力強、集成密度高、速度快、消除閂鎖效應)而得到學術界和工業界的廣泛垂青。

絕緣柵雙極型晶體管綜合了雙極型晶體管和絕緣柵場效應管器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為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。

目前，功率半導體器件的主要性能由擊穿電壓，導通電阻，增益來衡量。另外，由于功率半導體器件工作在很高的電壓下，熱載流子效應會導致器件的閾值電壓，導通電阻，增益等性能參數隨著使用時間的增加而出現不同程度的退化，嚴重影響器件的使用壽命。如何降低熱載流子效應成為研究功率半導體器件，提高器件壽命的重要課題之一。

本實用新型就是針對這一問題而提出的改進結構的絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管。

實用新型內容

本實用新型提供一種能夠有效降低熱載流子效應的P型橫向絕緣柵雙極型器件。

本實用新型采用如下技術方案：

一種降低熱載流子效應的P型橫向絕緣柵雙極型器件，包括：N型襯底，在N型襯底上設有埋氧，在埋氧上設有N型外延層，在N型外延層上設有P型阱和N阱區，在P型阱上設有P型緩沖阱，在P型緩沖阱上設有N型陽區，在N阱區上設有P型陰區和N型體接觸區，在N型外延區的表面設有柵氧化層且柵氧化層自N型外延區延伸至P型阱區，在N型陽區、N型體接觸區、P型陰區和柵氧化層以外的區域設有場氧化層，在柵氧化層的上表面設有多晶硅柵且多晶硅柵延伸至場氧化層的表面，在場氧化層、N型體接觸區、P型陰區、多晶硅柵及N型陽區的表面設有氧化層，在N型陽區、N型體接觸區、P型陰區和多晶硅柵上分別連接有金屬層。其特征在于在N阱區的下部、埋氧之上設有N型埋層，插入N型外延層一部分，與N阱區整體構成反向的“L”型N區。

與現有技術相比，本實用新型具有如下優點：

(1)本實用新型器件在N阱區13的下部制作一個濃度不小于N阱區13的N型埋層14，可以有效的將電子電流的路徑引到器件底部，然后從N阱區13流入N型體接觸區11(參見附圖4)。而在一般的器件結構中電子電流的路徑是在溝道區下方且離溝道區很近的區域(參見附圖3)。因而本實用新型結構能有效降低溝道區的離子產生率(參見附圖5)，從而降低熱載流子注入的劑量。

(2)本實用新型器件的好處在于將電流路徑引到器件底部后能有效降低溝道區的縱向電場的峰值(參見附圖6)，從而通過減低熱載流子的注入能量來降低熱載流子注入氧化層的可能性。

(3)本實用新型器件的好處在于能明顯降低載流子溫度(參見附圖7)，從而有效地抑制了器件熱載流子效應的發生。

(4)本實用新型器件在延長的器件的熱載流子退化壽命的同時，可以通過合理的設置N型埋層14的位置和濃度使得器件閾值電壓和導通電阻以及擊穿電壓等器件特性參數不發生改變。

(5)本實用新型器件的N型埋層可以通過高能量的硼離子注入后退火形成，不引入額外的工藝過程，與現有的集成電路制造工藝完全兼容。

附圖說明

圖1是剖面圖，圖示出了一般的P型橫向高壓絕緣柵雙極型器件的剖面結構。

圖2是剖面圖，圖示了本實用新型改進的P型橫向高壓絕緣柵雙極型器件的剖面結構。

圖3是一般器件結構的電流路徑示意圖。