[發(fā)明專利]P溝道注入效率增強(qiáng)型絕緣柵雙極型晶體管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410035881.0
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103779404A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫偉鋒;楊卓;陳健;郭超;祝靖;陸生禮;時(shí)龍興
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是P溝道注入效率增強(qiáng)型絕緣柵雙極型晶體管，特別適用于功率集成電路如變頻調(diào)速、電力牽引、變頻家電、半橋驅(qū)動(dòng)電路以及汽車生產(chǎn)領(lǐng)域等驅(qū)動(dòng)芯片。

背景技術(shù)

當(dāng)前，隨著現(xiàn)代化和信息化時(shí)代的發(fā)展，高壓集成電路的發(fā)展越來越迅速，工藝技術(shù)也在不斷提高，在這種形勢下絕緣體上硅(Silicon?On?Insulator,SOI)工藝技術(shù)問世了，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-Lateral?Insulated?Gate?Bipolar?Transistor,SOI-LIGBT)是一種典型的基于SOI工藝的器件，具有易于集成、耐壓高、驅(qū)動(dòng)電流能力強(qiáng)、開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在功率集成電路中得到了廣泛應(yīng)用。由于SOI-LIGBT用作功率集成電路中的功率開關(guān)管，其功率損耗決定了整個(gè)系統(tǒng)的損耗，并且其面積也占據(jù)了整個(gè)功率集成電路芯片很大一部分，面積大會(huì)使功率集成電路制造成本偏高。因此，降低SOI-LIGBT功率損耗、減小SOI-LIGBT面積是其主要發(fā)展方向，對功率集成電路的設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述問題，提出了一種P溝道注入效率增強(qiáng)型絕緣柵雙極型晶體管。該結(jié)構(gòu)可以顯著降低器件的正向?qū)▔航怠⑻岣咂骷碾娏髂芰Αp小芯片面積，并且不會(huì)影響器件的耐壓。

本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種P溝道注入效率增強(qiáng)型絕緣柵雙極型晶體管，包括：N型襯底，在N型襯底上設(shè)有埋氧，在埋氧上設(shè)有P型外延層，在P型外延層的內(nèi)部設(shè)有P型緩沖阱和第二N型體區(qū)，在P型緩沖阱內(nèi)設(shè)有N型集電極區(qū)，在第二N型體區(qū)中設(shè)有重?fù)诫sN型發(fā)射極區(qū)和P型發(fā)射極區(qū)，在P型外延層的表面設(shè)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P型發(fā)射極區(qū)延伸并止于P型緩沖阱，所述場氧化層的另一端向N型集電極區(qū)延伸并止于N型集電極區(qū)，在柵氧化層的表面設(shè)有多晶硅柵且多晶硅柵延伸至場氧化層的上表面，在場氧化層、P型發(fā)射極區(qū)、第二N型體區(qū)、多晶硅柵、N型集電極區(qū)和P型緩沖阱表面設(shè)有鈍化層，在N型集電極區(qū)表面連接有第一金屬層，在多晶硅柵表面連接有第二金屬層，在重?fù)诫sN型發(fā)射極區(qū)和P型發(fā)射極區(qū)表面連接有第三金屬層，其特征在于，在P型外延層的內(nèi)部設(shè)有第一N型體區(qū)和P型體區(qū)，并且，所述第二N型體區(qū)位于P型體區(qū)上方且所述第二N型體區(qū)被P型體區(qū)包圍，所述第一N型體區(qū)位于多晶硅柵的下方，所述第一N型體區(qū)的一個(gè)邊界與P型體區(qū)的一個(gè)邊界相抵觸。進(jìn)一步地，第一N型體區(qū)與埋氧的邊界可以相連或不相連；第一N型體區(qū)與柵氧化層的邊界可以相連或不相連；第一N型體區(qū)4不與第二N型體區(qū)5相連，第一N型體區(qū)4不與場氧化層12相連；當(dāng)?shù)谝籒型體區(qū)4與柵氧化層9的下邊界相連時(shí)，第一N型體區(qū)4的濃度低于第二N型體區(qū)5的濃度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供了一種P溝道注入效率增強(qiáng)型絕緣柵雙極型晶體管。該器件結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在器件柵極下方引入第一N型體區(qū)。在器件正向?qū)〞r(shí)，高的P型體區(qū)摻雜濃度或厚度，抬高了電子的勢壘，增強(qiáng)了發(fā)射極附近載流子的濃度，從而獲得更好的載流子分布，以降低器件的正向飽和壓降并獲得更好的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗的折中。在正向阻斷時(shí)，多晶硅柵接低電位，相當(dāng)于一個(gè)場板，使柵下方的P型外延層表面耗盡，當(dāng)耗盡層展寬、與第一N型體區(qū)接觸時(shí)，第一N型體區(qū)的電子可以通過耗盡層流向發(fā)射極，第一N型體區(qū)與P型外延層耗盡耐壓，而第一N型體區(qū)與第二N型體區(qū)之間的P型體區(qū)并不參與耗盡耐壓，因此P型體區(qū)濃度可以大幅提高，并且不會(huì)影響器件的耐壓。

本發(fā)明器件不僅降低了線性區(qū)的正向?qū)▔航担疫€提高了飽和區(qū)的電流能力，飽和區(qū)電流能力約為一般結(jié)構(gòu)的2倍，這就可以有效減小芯片面積，降低芯片制造成本。

附圖說明

圖1所示為傳統(tǒng)P溝道絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管的器件剖面結(jié)構(gòu)圖。

圖2所示為本發(fā)明改進(jìn)后的P溝道注入效率增強(qiáng)型絕緣柵雙極型晶體管的器件剖面結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明器件與傳統(tǒng)器件的正向I-V曲線對比圖，從圖中可以明顯看出，改進(jìn)后的器件具有較低的正向?qū)▔航岛洼^高的飽和電流能力。

圖4是本發(fā)明器件和傳統(tǒng)器件的擊穿電壓比較圖，可以看出改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)并沒有影響器件的耐壓。