[發明專利]一種具有載流子存儲層的槽型SOI LIGBT

有效

• 申請號: 201710328752.4
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN106920842B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 羅小蓉;孫濤;黃琳華;鄧高強;劉慶;魏杰;歐陽東法;周坤;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;電子科技大學廣東電子信息工程研究院
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于功率半導體技術領域，涉及一種具有載流子存儲層的槽型SOI LIGBT。本發明相對于傳統結構，具有以下幾個特點：一、具有高濃度的載流子存儲層，其在正向導通時起阻擋空穴的作用，使界面附近的空穴濃度增大，根據電中性原理，更多的電子注入漂移區，電導調制效應增強，進而降低器件的正向導通壓降。同時，引入介質槽，在物理上阻擋空穴被陰極收集，起到進一步降低正向導通壓降的作用，更重要的是，在正向阻斷時起到輔助耗盡載流子存儲層的作用，使得在高濃度載流子存儲層的情況下器件保持高耐壓；二、采用三柵結構，提高溝道密度；三、三柵結構與介質槽可以同時制作，無需額外的工藝步驟。

技術領域

本發明屬于功率半導體技術領域，涉及一種具有載流子存儲層的槽型SOI LIGBT。

背景技術

LIGBT是一種由橫向場效應晶體管和雙極型晶體管混合而成的結構，兼具場效應晶體管輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單及雙極型晶體管電流密度大，飽和壓降低的優點。SOI LIGBT與標準CMOS電路兼容，廣泛應用在高壓集成電路中，其SOI襯底能夠起到完全的介質隔離作用。

高壓LIGBT的電流密度能力對驅動能力有很大的影響，因此增大其電流密度能力成為提高芯片性能，降低芯片成本的關鍵。LIGBT的大電流能力源于其漂移區的電導調制效應，通過提高漂移區中過剩載流子濃度可以有效降低LIGBT的導通壓降，增大導通電流。但在關斷時，漂移區存儲的大量非平衡電子空穴對需要被抽取，這些載流子因遠離P型體區和N型漂移區形成的耐壓PN結，所以在LIGBT關斷時無法被耗盡區內建電場快速掃出漂移區，造成關斷時間長、關斷損耗大等不良影響。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，通過引入載流子存儲層的介質槽有效地降低了SOI LIGBT的導通壓降，同時兼顧了關斷損耗和導通壓降的折衷關系。

本發明的技術方案是：一種具有載流子存儲層的槽柵SOI LIGBT器件，包括襯底層1及其上方的介質埋層2；所述介質埋層2的上表面沿器件水平方向依次具有陰極結構、N型半導體漂移區4和陽極結構；

所述陰極結構包括P型阱區3、P型重摻雜區5及N型重摻雜區6，P型重摻雜區5和N型重摻雜區6位于P型阱區3的上表面，兩者相互獨立且N型重摻雜區6位于靠近漂移區4的一側；所述P型重摻雜區5和N型重摻雜區6上表面引出陰極；

其特征在于，在所述N型重摻雜區6與N型半導體漂移區4之間的P型阱區3上表面具有平面柵結構，沿器件縱向，在所述平面柵結構的兩端具有槽柵結構，所述槽柵結構由第一導電材料7及其四周的第一絕緣介質8構成，第一絕緣介質8的一側從上到下依次與N型重摻雜區6和P型阱區3的側面接觸，第一絕緣介質8和第一導電材料7的底部與介質埋層2接觸；所述器件縱向方向為與器件水平方向和器件垂直方向均垂直的第三維度方向；；

所述平面柵結構和兩側的槽柵結構形成三柵，其共同引出端為柵極；在槽柵結構靠近漂移區4的一側具有介質槽，所述介質槽中填充有第二導電材料11及位于第二導電材料11四周的第二絕緣介質12，第二絕緣介質12的一側與槽柵結構接觸，另一側與漂移區4接觸，第二導電材料11及第二絕緣介質12的下表面與介質埋層2接觸；所述介質槽在第三維度方向間斷分布，其間隙寬度大于槽柵結構的間隙寬度，其間隙處具有載流子存儲層13，所述載流子存儲層13一側與P型阱區3相接，另一側與漂移區4相接；所述槽柵結構和介質槽以器件橫向方向的中線為對稱軸，在器件縱向方向上呈對稱分布；

所述陽極結構包括N型阱區14和P型陽極區15，所述N型阱區14的下表面和介質埋層2相接，N型阱區14的側面與漂移區4接觸；P型陽極區15引出陽極電極。

進一步的，所述介質槽引出端與陰極相連。

進一步的，所述介質槽引出端與柵電極相連。