[發明專利]一種大電流P型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管

有效

• 申請號: 201210343232.8
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102956696A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 孫偉鋒;陳揚;朱榮霞;劉斯揚;錢欽松;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;H01L29/08;H01L29/06
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲;朱芳雄

技術領域

本發明涉及高壓功率半導體器件領域，具體來說，是一種適用于高壓應用的能夠提高電流密度的P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

隨著電子電力技術的不斷發展，功率半導體器件作為電子電力系統中能量控制和轉化的基本電子元器件，受到越來越多的關注。提高功率半導體器件性能的技術要求主要體現在器件的可集成性、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。功率半導體器件具體的種類決定功率集成電路處理高電壓、大電流能力的大小，另外功率半導體器件的結構和制造工藝也是重要的影響因素。

隨著功率半導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效應晶體管柵壓控制特性于一身，具有高的輸入阻抗、高的開關速度、小的驅動功率，大的電流驅動能力和低的導通阻抗等優點，是近乎理想的功率半導體器件，具有廣泛的發展和應用前景。

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矛盾。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，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。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、驅動電流能力強、開關速度快和功率損耗低等優點，已逐漸成為功率集成電路的核心電子元件，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。

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，這個問題通常以加大橫向器件的面積從而獲得高的電流驅動能力解決，但是增大面積以耗費更多的芯片面積為代價，同時增加了成本。本發明介紹了一種大電流P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P型橫向絕緣柵雙極型晶體管相比，電流密度能夠提高30%以上。

發明內容

本發明提供一種大電流P型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管。

本發明采用如下技術方案：一種大電流P型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管，包括：N型硅襯底，在N型硅襯底上設有埋氧層，在埋氧層上設有P型外延層，在P型外延層內設有P型中心緩沖阱區，在P型中心緩沖阱區內順序設有第一P型基區、N型發射區及第二P型基區，在第一P型基區上連接有第一基極金屬，在N型發射區上連接有發射極金屬，在第二P型基區上連接有第二基極金屬，在P型中心緩沖阱區的兩外側分別設有第一N型體區及第二N型體區且第一N型體區和第二N型體區對稱于P型中心緩沖阱區，在第一N型體區內順序設有第一P型源區、第一N型體接觸區及第二P型源區，在第二N型體區內順序設有第三P型源區、第二N型體接觸區及第四P型源區，在第一P型源區、第一N型體接觸區、第二P型源區、第三P型源區、第二N型體接觸區及第四P型源區上連接有源極金屬，在第一N型體區外側設有第一P型緩沖阱區，在第一P型緩沖阱區內設有第一N型漏區，在第一N型漏區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N型體區外側設有第二P型緩沖阱區，在第二P型緩沖阱區內設有第二N型漏區，在第二N型漏區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P型外延層3的表面設有第一柵氧化層、第一場氧化層、第二柵氧化層、第二場氧化層、第三柵氧化層、第三場氧化層、第四柵氧化層及第四場氧化層，第一柵氧化層的一端與第一場氧化層的一端相抵且位于P型中心緩沖阱區與第一N型體區之間，第一柵氧化層的另一端向第二P型源區延伸并止于第二P型源區的外邊界，第一場氧化層的另一端延伸并進入P型中心緩沖阱區，第二柵氧化層的一端與第二場氧化層的一端相抵且位于P型中心緩沖阱區與第二N型體區之間，第二柵氧化層的另一端向第三P型源區延伸并止于第三P型源區的外邊界，第二場氧化層的另一端延伸并進入P型中心緩沖阱區，第三柵氧化層的一端與第三場氧化層的一端相抵且位于第一N型體區與第一P型緩沖阱區之間，第三柵氧化層的另一端向第一P型源區延伸并止于第一P型源區的外邊界，第三場氧化層的另一端向第一N型漏區延伸并止于第一N型漏區的外邊界，第四柵氧化層的一端與第四場氧化層的一端相抵且位于第二N型體區與第二P型緩沖阱區之間，第四柵氧化層的另一端向第四P型源區延伸并止于第四P型源區的外邊界，第四場氧化層的另一端向第二N型漏區延伸并止于第二N型漏區的外邊界，在第一柵氧化層上設有第一多晶硅柵且第一多晶硅柵延伸至第一場氧化層的上表面，在第二柵氧化層上設有第二多晶硅柵且第二多晶硅柵延伸至第二場氧化層的上表面，在第三柵氧化層上設有第三多晶硅柵且第三多晶硅柵延伸至第三場氧化層的上表面，在第四柵氧化層上設有第四多晶硅柵且第四多晶硅柵延伸至第四場氧化層的上表面，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，在第三場氧化層、第三多晶硅柵、第一P型源區、第一N型體接觸區、第二P型源區、第一N型漏區、第一多晶硅柵、第一場氧化層、N型發射區、第一P型基區、第二P型基區、第二場氧化層、第二多晶硅柵、第三P型源區、第二N型體接觸區、第四P型源區、第四多晶硅柵、第四場氧化層及第二N型漏區的表面設有鈍化層，在所述的P型外延層內設有P型橫向絕緣柵雙極型晶體管，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，連接于所述的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，并通過所述的發射極金屬輸出。