[發明專利]一種快關斷絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管器件

有效

• 申請號: 201710530053.8
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107293585B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 祝靖;湯清溪;張龍;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學;東南大學-無錫集成電路技術研究所
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/08;H01L29/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

一種快關斷絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管，在P型襯底上設有埋氧，在埋氧上設有N型漂移區，其上設有N型緩沖區和P型體區，在N型緩沖區內設有P型集電極區，其上連接有集電極金屬，在P型體區內設有N型發射極區，其右側設有P型發射區，在發射極區上連接有發射極金屬，在N型漂移區的上方設有場氧層，在N型發射區左側設有縱向溝槽，在其內設有由二氧化硅或其它耐壓介質包裹的多晶硅層，其上連接有柵金屬，在縱向溝槽的左側設有P型發射極區塊體，其上連接有發射極金屬，在場氧層與P型發射區之間設有縱向溝槽，在其內設有由二氧化硅或其它耐壓介質包裹的多晶硅層，其上連接有柵金屬，在柵金屬和發射極金屬之間設有氧化層。

技術領域

本發明主要涉及功率半導體器件技術領域，是一種新型快關斷絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管，特別適用于單片集成功率芯片中用來實現對電機系統的準確控制。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管IGBT是MOSFET與雙極型晶體管的復合器件，同時具備MOSFET管與雙極型晶體管的特點，它既有MOSFET易驅動的特點，又具有功率晶體管電壓、電流容量大的優點，具有良好的通態電流和開關損耗之間的折中關系。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、驅動電流能力強、開關速度快等優點，在功率集成電路中得到了廣泛應用。

基于以上所述優點，SOI-LIGBT常作為核心器件，用于單片集成功率芯片中。為了降低器件的導通壓降，最近提出了U型溝道的平面柵SOI-LIGBT結構，通過采用這種結構，U型溝道的平面柵SOI-LIGBT器件實現了較低的導通壓降，然而，在這些SOI-LIGBT結構中，因為存在JFET區域，增加了導通電阻，導通壓降并不能有效的降低，所以在此基礎上又提出了縱向溝槽結構器件，這種結構消除了JFET區域，降低了導通壓降，但是效果并不是很好，導通電阻較大的那部分漂移區壓降并沒有得到很大程度上的改善；而且為了獲取更低的導通壓降時，會增加漂移區中存儲的載流子數量，在關斷過程中，這部分載流子需要較長的時間來移除，這會使器件的關斷時間延長，最終會導致一個較大的關斷損耗，所以對于傳統結構的縱向溝槽SOI-LIGBT器件，往往需要在導通壓降和關斷損耗之間進行折中。此外，SOI-LIGBT器件開關功耗較大是制約單片集成功率芯片工作頻率更高、工作能效更佳、芯片面積更小的瓶頸。因此，為了降低器件的開關功耗，目前提出了一些改進結構器件，比如SA-LIGBT和某些經過電子輻射的器件，這些結構都能有效的縮短關斷時間，減少關斷損耗，但同時也帶來了新的問題，比如前者在正向導通時會出現電壓回滯現象，這會降低器件的可靠性，而后者在高溫時可能會出現較大的漏電流，導致器件性能不穩定。

因此，在保持器件的耐壓、降低SOI-LIGBT的導通壓降基礎上降低SOI-LIGBT的關斷損耗是研制電機系統中單片集成功率芯片的主要發展方向。

發明內容

本發明針對上述問題，提出了一種能夠增強電導調制效應并且能降低器件關斷功耗的快關斷絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管器件。該結構在保持器件耐壓、降低導通電壓的前提下，顯著降低器件的關斷功耗，擴展其有效安全工作區，使之能夠滿足電機系統中單片集成功率芯片對SOI-LIGBT器件高耐壓、低導通壓降及快關斷的要求。