[發明專利]一種N型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型器件

無效

• 申請號: 201110404057.4
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102437181A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 錢欽松;劉斯揚;萬維俊;孫偉鋒;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
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明主要涉及高壓功率半導體器件領域，具體來說，是一種N型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型器件，適用于等離子平板顯示設備、半橋驅動電路以及汽車生產領域等驅動芯片。

背景技術

隨著人們生活水平的不斷提高，電子產品對于體積、性能、可靠性和成本等方面不斷提出新的要求。在這種形勢下絕緣體上硅(Silicon?On?Insulator，SOI)工藝技術問世了，其獨特的絕緣埋層把器件與襯底完全隔離，減輕了襯底對器件的影響，消除了器件發生閂鎖效應(1atch-up)的風險，在很大程度上減輕了硅器件的寄生效應，大大提高了器件和電路的性能。因此采用SOI工藝制作的電路具有速度高、功耗低、耐高溫等特性。

絕緣柵雙極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。而且，采用SOI工藝制作的絕緣柵雙極晶體管的性能更加接近理想狀況。隨著絕緣體上硅的橫向絕緣柵雙極晶體管的出現，它以普通橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管以及普通絕緣柵雙極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青睞。

眾所周知，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，功率半導體器件在日常生活中也扮演著越來越重要的角色，而衡量一種功率半導體元件的好壞，主要包括器件的輸出、轉移特性曲線，以及其他各種參數的退化與否等方面。同時，高壓器件的輸出特性曲線相比于低壓器件，更容易偏離理想條件的狀況。因此，怎樣在不改變器件其他參數的前提下，更好的優化輸出特性曲線，使得高壓器件的工作狀態更為穩定，成為當前功率半導體器件研究的一個重要課題。

本發明就是針對上述問題，提出了一種N型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型器件。該結構的器件可以顯著降低器件鳥嘴處的電場強度和碰撞電離率，從而有效地改善輸出特性曲線。

發明內容

本發明提供一種N型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型器件。

本發明采用如下技術方案：一種N型絕緣體上硅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型外延層的內部設有N型緩沖阱和P型體區，在N型緩沖阱內設有P型陽區，在P型體區中設有N型陰區和P型體接觸區，在N型外延層的表面設有柵氧化層和場氧化層且柵氧化層的一端和場氧化層的一端相抵，所述柵氧化層的另一端向N型陰區延伸并止于N型陰區，所述場氧化層的另一端向P型陽區延伸并止于P型陽區，在柵氧化層的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、P型體接觸區、N型陰區、多晶硅柵和P型陽區的表面設有鈍化層，在P型陽區表面連接有第一金屬層，在P型體接觸區和N型陰區連接有第二金屬層，其特征在于，在N型外延層內且在柵氧化層的下方設有P型阱區，P型阱區和P型體區構成階梯狀P型摻雜，所述P型阱區的P型摻雜濃度低于P型體區，且P型阱區的一側與場氧化層相切，P型阱區的另一側與P型體區相抵。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

(1)、本發明器件在N型外延層3上還設有P型阱區15，且P型阱區15和P型體區14構成階梯狀P型摻雜(參加附圖2)，這樣就使得鳥嘴處的曲率半徑明顯變小，該處的電場強度也明顯減小(參見附圖3)。

(2)、本發明的好處在于減小場氧化層鳥嘴處的電場強度的同時，還能降低該處的碰撞電離率，從而降低了器件發生熱載流子退化失效的風險，也提升了器件抗高溫反偏應力(HTRB)的能力，進而提高了器件的可靠性，延長了器件的使用壽命。附圖4顯示采用本發明器件結構后的鳥嘴處碰撞電離率明顯降低。

(3)、本發明器件的輸出特性曲線相比于一般器件有了明顯改善，飽和區漏極電流的曲線變得平坦，與理論情形更加接近。主要原因在于鳥嘴處的碰撞電離率下降，離子產生也更少，因碰撞產生的離子對漏極電流的影響降低。附圖5顯示采用了本發明器件結構后，器件的輸出特性曲線得到明顯改善。

(4)、本發明器件采用高壓SOI工藝，該工藝里所用的高壓P型MOS器件包含有類似P型阱區15的結構；因此，本發明的制作工藝可以與現有CMOS工藝兼容，不會增加額外的的光刻版和工藝步驟，也不會增加成本。