[發(fā)明專(zhuān)利]一種大電流N型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210343012.5
• 申請(qǐng)日: 2012-09-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102956636A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉斯揚(yáng);徐安安;黃棟;錢(qián)欽松;孫偉鋒;陸生禮;時(shí)龍興
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L27/06
• 分類(lèi)號(hào): H01L27/06;H01L29/739
• 代理公司: 南京天翼專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 黃明哲;朱芳雄

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，具體來(lái)說(shuō)，是一種適用于高壓應(yīng)用的能夠提高電流密度的N型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管，適用于等離子平板顯示設(shè)備、半橋驅(qū)動(dòng)電路以及汽車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域等驅(qū)動(dòng)芯片。

背景技術(shù)

隨著電子電力技術(shù)的不斷發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件作為電子電力系統(tǒng)中能量控制和轉(zhuǎn)化的基本電子元器件，受到越來(lái)越多的關(guān)注。提高功率半導(dǎo)體器件性能的技術(shù)要求主要體現(xiàn)在器件的可集成性、高耐壓、大電流和與低壓電路部分的良好的隔離能力這些方面。功率半導(dǎo)體器件具體的種類(lèi)決定功率集成電路處理高電壓、大電流能力的大小，另外功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和制造工藝也是重要的影響因素。

隨著功率半導(dǎo)體器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，80年代出現(xiàn)的絕緣柵雙極型器件集高壓三極管的大電流處理能力和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵壓控制特性于一身，具有高的輸入阻抗、高的開(kāi)關(guān)速度、小的驅(qū)動(dòng)功率，大的電流驅(qū)動(dòng)能力和低的導(dǎo)通阻抗等優(yōu)點(diǎn)，是近乎理想的功率半導(dǎo)體器件，具有廣泛的發(fā)展和應(yīng)用前景。

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矛盾。在這種形勢(shì)下絕緣體上硅（Silicon?On?Insulator,?SOI）工藝技術(shù)問(wèn)世了，其獨(dú)特的絕緣埋層把器件與襯底完全隔離，在很大程度上減輕了硅器件的寄生效應(yīng)，大大提高了器件和電路的性能?。絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管（SOI-LIGBT）是一種典型的基于SOI工藝的器件，具有耐壓高、驅(qū)動(dòng)電流能力強(qiáng)、開(kāi)關(guān)速度快和功率損耗低等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為功率集成電路的核心電子元件，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(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。

絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型器件與縱向器件相比，電流密度不夠高，這個(gè)問(wèn)題通常以加大橫向器件的面積從而獲得高的電流驅(qū)動(dòng)能力解決，但是增大面積以耗費(fèi)更多的芯片面積為代價(jià)，同時(shí)增加了成本。本發(fā)明介紹了一種大電流N型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管，與相同面積的普通絕緣體上硅N型橫向絕緣柵雙極型晶體管相比，電流密度出現(xiàn)較大幅度提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種大電流N型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種大電流N型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管，包括：P型硅襯底，在P型硅襯底上設(shè)有埋氧層，在埋氧層上設(shè)有N型外延層，在N型外延層內(nèi)設(shè)有N型中心緩沖阱區(qū)，在N型中心緩沖阱區(qū)內(nèi)順序設(shè)有第一N型基區(qū)、P型發(fā)射區(qū)及第二N型基區(qū)，在第一N型基區(qū)上連接有第一基極金屬，在P型發(fā)射區(qū)上連接有發(fā)射極金屬，在第二N型基區(qū)上連接有第二基極金屬，在N型中心緩沖阱區(qū)的兩外側(cè)分別設(shè)有第一P型體區(qū)及第二P型體區(qū)且第一P型體區(qū)和第二P型體區(qū)對(duì)稱(chēng)于N型中心緩沖阱區(qū)，在第一P型體區(qū)內(nèi)順序設(shè)有第一N型源區(qū)、第一P型體接觸區(qū)及第二N型源區(qū)，在第二P型體區(qū)內(nèi)順序設(shè)有第三N型源區(qū)、第二P型體接觸區(qū)及第四N型源區(qū)，在第一N型源區(qū)、第一P型體接觸區(qū)、第二N型源區(qū)、第三N型源區(qū)、第二P型體接觸區(qū)及第四N型源區(qū)上連接有源極金屬，在第一P型體區(qū)外側(cè)設(shè)有第一N型緩沖阱區(qū)，在第一N型緩沖阱區(qū)內(nèi)設(shè)有第一P型漏區(qū)，在第一P型漏區(qū)上連接有第一漏極金屬且第一漏極金屬與所述的第一基極金屬連接，在第二P型體區(qū)外側(cè)設(shè)有第二N型緩沖阱區(qū)，在第二N型緩沖阱區(qū)內(nèi)設(shè)有第二P型漏區(qū)，在第二P型漏區(qū)上連接有第二漏極金屬且第二漏極金屬與所述的第二基極金屬連接，在N型外延層3的表面設(shè)有第一柵氧化層、第一場(chǎng)氧化層、第二柵氧化層、第二場(chǎng)氧化層、第三柵氧化層、第三場(chǎng)氧化層、第四柵氧化層及第四場(chǎng)氧化層，第一柵氧化層的一端與第一場(chǎng)氧化層的一端相抵且位于N型中心緩沖阱區(qū)與第一P型體區(qū)之間，第一柵氧化層的另一端向第二N型源區(qū)延伸并止于第二N型源區(qū)的外邊界，第一場(chǎng)氧化層的另一端延伸并進(jìn)入N型中心緩沖阱區(qū)，第二柵氧化層的一端與第二場(chǎng)氧化層的一端相抵且位于N型中心緩沖阱區(qū)與第二P型體區(qū)之間，第二柵氧化層的另一端向第三N型源區(qū)延伸并止于第三N型源區(qū)的外邊界，第二場(chǎng)氧化層的另一端延伸并進(jìn)入N型中心緩沖阱區(qū)，第三柵氧化層的一端與第三場(chǎng)氧化層的一端相抵且位于第一P型體區(qū)與第一N型緩沖阱區(qū)之間，第三柵氧化層的另一端向第一N型源區(qū)延伸并止于第一N型源區(qū)的外邊界，第三場(chǎng)氧化層的另一端向第一P型漏區(qū)延伸并止于第一P型漏區(qū)的外邊界，第四柵氧化層的一端與第四場(chǎng)氧化層的一端相抵且位于第二P型體區(qū)與第二N型緩沖阱區(qū)之間，第四柵氧化層的另一端向第四N型源區(qū)延伸并止于第四N型源區(qū)的外邊界，第四場(chǎng)氧化層的另一端向第二P型漏區(qū)延伸并止于第二P型漏區(qū)的外邊界，在第一柵氧化層上設(shè)有第一多晶硅柵且第一多晶硅柵延伸至第一場(chǎng)氧化層的上表面，在第二柵氧化層上設(shè)有第二多晶硅柵且第二多晶硅柵延伸至第二場(chǎng)氧化層的上表面，在第三柵氧化層上設(shè)有第三多晶硅柵且第三多晶硅柵延伸至第三場(chǎng)氧化層的上表面，在第四柵氧化層上設(shè)有第四多晶硅柵且第四多晶硅柵延伸至第四場(chǎng)氧化層的上表面，在第一多晶硅柵、第二多晶硅柵、第三多晶硅柵及第四多晶硅柵上連接有柵極金屬，在第三場(chǎng)氧化層、第三多晶硅柵、第一N型源區(qū)、第一P型體接觸區(qū)、第二N型源區(qū)、第一P型漏區(qū)、第一多晶硅柵、第一場(chǎng)氧化層、P型發(fā)射區(qū)、第一N型基區(qū)、第二N型基區(qū)、第二場(chǎng)氧化層、第二多晶硅柵、第三N型源區(qū)、第二P型體接觸區(qū)、第四N型源區(qū)、第四多晶硅柵、第四場(chǎng)氧化層及第二P型漏區(qū)的表面設(shè)有鈍化層，在所述的N型外延層內(nèi)設(shè)有N型橫向絕緣柵雙極型晶體管，PNP型高壓雙極型晶體管和N型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化層場(chǎng)效應(yīng)晶體管，連接于所述的N型橫向絕緣柵雙極型晶體管漏極的漏極金屬通過(guò)金屬層與連接于PNP型高壓雙極型晶體管基極的基極金屬連接，并通過(guò)所述的發(fā)射極金屬輸出。