[發(fā)明專利]一種具有可控集電極槽的SOI LIGBT

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710768209.6
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107342321B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅小蓉;魏杰;黃琳華;鄧高強(qiáng);趙哲言;劉慶;曹厚華;孫燕;莫日華;曾莉堯
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué);電子科技大學(xué)廣東電子信息工程研究院
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/08
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

1.一種具有可控集電極槽的SOILIGBT，包括自下而上的襯底層(1)、絕緣介質(zhì)層(2)和N型漂移區(qū)(3)；所述N型漂移區(qū)(3)一端包括發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)，另一端包括集電極結(jié)構(gòu)和集電極槽結(jié)構(gòu)；

所述的發(fā)射極結(jié)構(gòu)包括P阱區(qū)(4)、P+體接觸區(qū)(5)和N+發(fā)射區(qū)(6)，所述P+體接觸區(qū)(5)和所述N+發(fā)射區(qū)(6)位于所述P阱區(qū)(4)上表面，且所述N+發(fā)射區(qū)(6)位于所述P+體接觸區(qū)(5)兩側(cè)，所述P+體接觸區(qū)(5)和N+發(fā)射區(qū)(6)的共同引出端為發(fā)射極；

其特征包括：所述的柵極結(jié)構(gòu)包括平面柵結(jié)構(gòu)和多個槽柵結(jié)構(gòu)，所述的槽柵結(jié)構(gòu)包括：位于P阱區(qū)(4)遠(yuǎn)離N型漂移區(qū)(3)一側(cè)的第一槽柵介質(zhì)層(72)和所述第一槽柵介質(zhì)層(72)中的第一槽柵多晶硅層(82)，且所述第一槽柵介質(zhì)層(72)與N+發(fā)射區(qū)(6)和P阱區(qū)(4)接觸；位于P阱區(qū)(4)靠近N型漂移區(qū)(3)一側(cè)的分段式槽柵，所述分段式槽柵為沿器件同時與水平面和垂直面垂直的第三維方向具有分段結(jié)構(gòu)，每一段槽柵包含第二槽柵介質(zhì)層(73)和所述第二槽柵介質(zhì)層(73)中的第二槽柵多晶硅層(83)，且所述第二槽柵介質(zhì)層(73)一側(cè)與N+發(fā)射區(qū)(6)和P阱區(qū)(4)接觸，另一側(cè)與N型漂移區(qū)(3)接觸；所述的槽柵結(jié)構(gòu)的結(jié)深大于所述的P阱區(qū)(4)的結(jié)深；所述的平面柵結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層(71)和所述柵介質(zhì)層(71)之上的柵多晶硅層(81)，所述柵介質(zhì)層(71)位于所述P阱區(qū)(4)之上且與所述N+發(fā)射區(qū)(6)有部分交疊；所述平面柵結(jié)構(gòu)覆蓋分段式第二槽柵介質(zhì)層(73)之間的N型漂移區(qū)(3)；所述柵多晶硅層(81)、第一槽柵多晶硅層(82)與第二槽柵多晶硅層(83)的共同引出端為柵極；

所述集電極結(jié)構(gòu)包括P+集電區(qū)(9)和N+集電區(qū)(10)，所述P+集電區(qū)(9)位于所述N型漂移區(qū)(3)上表面，所述N+集電區(qū)(10)位于所述P+集電區(qū)(9)上表面；所述P+集電區(qū)(9)和所述N+集電區(qū)(10)的共同引出端為集電極；

所述集電極槽結(jié)構(gòu)橫向穿過所述N+集電區(qū)(10)和P+集電區(qū)(9)，并延伸到所述N型漂移區(qū)(3)中，集電極槽結(jié)構(gòu)的縱向深度大于P+集電區(qū)(9)；所述集電極槽結(jié)構(gòu)包括槽介質(zhì)層(12)和槽多晶硅層(13)，所述槽多晶硅層(13)的引出端為槽集電極；所述的槽集電極與集電極之間存在偏置電壓：器件導(dǎo)通時槽集電極相對于集電極的電壓為負(fù)值，集電極槽結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成高濃度的P型反型層，折疊的集電極槽結(jié)構(gòu)增加了空穴注入面積，從而增強(qiáng)器件空穴注入效率，而且集電極一側(cè)的分段式槽柵結(jié)構(gòu)起到空穴阻擋層作用，使得器件漂移區(qū)內(nèi)空穴-電子濃度得到提高，從而降低器件正向?qū)▔航担黄骷P(guān)斷時槽集電極相對于集電極的電壓為正值，集電極槽側(cè)壁形成高濃度的N型積累層，使得N+集電區(qū)(10)與N型漂移區(qū)(3)短接，形成電子的快速抽取路徑，而且由于N+集電區(qū)(10)與N型漂移區(qū)(3)短接，P+集電區(qū)(10)與N型漂移區(qū)(3)之間幾乎等電位，從而抑制集電極端空穴注入，提高器件關(guān)斷速度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有可控集電極槽的SOILIGBT，其特征在于，所述的集電極結(jié)構(gòu)端引入N型緩沖層(11)，所述N型緩沖層(11)位于所述N型漂移區(qū)(3)上表面，集電極機(jī)結(jié)構(gòu)位于所述N型緩沖層(11)上表面；所述集電極槽結(jié)構(gòu)橫向穿過所述N+集電區(qū)(10)、P+集電區(qū)(9)和N型緩沖層(11)，并延伸到所述N型漂移區(qū)(3)中，其縱向深度大于N型緩沖層(11)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有可控集電極槽的SOILIGBT，其特征在于，所述的集電極槽結(jié)構(gòu)中的槽介質(zhì)層(12)下表面與絕緣介質(zhì)層(2)的上表面相連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有可控集電極槽的SOILIGBT，其特征在于，所述襯底層(1)采用的半導(dǎo)體材料為Si、SiC、SiGe、GaAs和GaN中的一種。