[發明專利]一種具有可控集電極槽的SOI LIGBT

有效

• 申請號: 201710768209.6
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107342321B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 羅小蓉;魏杰;黃琳華;鄧高強;趙哲言;劉慶;曹厚華;孫燕;莫日華;曾莉堯
• 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;H01L29/08
• 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，具體涉及一種具有可控集電極槽的SOI LIGBT。本發明相對與傳統結構，主要在集電極端引入可控集電極槽結構和集電極端引入多個槽柵結構。正向導通時，槽集電極相對于集電極的偏置電壓為負值，集電極槽側壁形成高濃度的P型反型層以增加空穴注入，而分段式槽柵結構起到空穴抽取的阻擋層；因此，漂移區內空穴/電子濃度提高，有利獲得更低的正向導通壓降；同時，由于N+集電區位于P+集電區上表面，未與N型漂移區接觸，因此新器件沒有電壓折回效應。本發明的有益效果為，相對于傳統短路陽極?LIGBT結構，本發明具有更快的關斷速度和更低的正向導通壓降，而且沒有電壓折回效應。

技術領域

本發明屬于功率半導體技術領域，涉及一種具有可控集電極槽的SOI LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，橫向絕緣柵雙極型晶體管)。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種MOSFET場效應和雙極型晶體管(Bipolarjunction transistor，BJT)等效復合的新型電力電子器件。它兼具了MOSFET輸入阻抗高和驅動簡單的優點，以及BJT器件電流密度高和低導通壓降的優勢，已成為現代電力電子電路應用中的核心電子元器件之一。因其在高壓大電流領域內獨特的優勢，IGBT器件廣泛應用于交通運輸、智能電網、家用電器、工業、醫學、航空航天等眾多領域。

LIGBT由于可以與COMS工藝良好兼容，且SOI技術具有泄漏電流小，便于隔離等優勢，因此，SOI LIGBT是單片功率集成芯片的核心元器件。導通狀態下，LIGBT器件漂移區內存在電導調制效應，因此漂移區內儲存有高濃度的電子空穴對；器件關斷過程中，空穴可以通過發射極端的體接觸區流出，而電子在集電極端沒有泄放通道，電子消失主要靠與空穴的復合，這使器件拖尾電流變長、關斷速度變慢和關斷損耗變大。

為了解決LIGBT長拖尾電流問題，研究者們提出了短路陽極LIGBT(SA-LIGBT，Shorted Anode LIGBT)，即在器件陽極端的P+集電區附近增加一個N+集電區，這樣電子就可以通過N+集電區高速抽取出，器件關斷速度被大大的加快。但是SA-LIGBT帶來的一個嚴重的問題就是Snapback效應。一般的解決辦法都是通過增大MOS模式下電子電流路徑上P+集電區與N+集電區之間的電阻來克服Snapback效應。文獻Juti-Hoon Chum，Dae-SeokByeon，Jae-Keun Oh.，Min-Koo Han and Ysaln-lk Choi，【A Fast-Switching SOI SA-LIGBT without NDR region】提出的SSA-LIGBT就是利用P+集電區和N+集電區中間高電阻率漂移區來產生足夠高的壓降，使P+集電區/N緩沖區二極管在較低的電壓下就發生電導調制效應，有效抑制Snapback效應。但SSA-LIGBT結構中P+集電區和N+集電區之間需要足夠長的漂移區才能有效消除Snapback效應，這極大的增加芯片面積和限制器件的電流密度，如圖1所示。文獻Long Zhang，Jing Zhu，Weifeng Sun，Yicheng Du，Hui Yu,，Keqin Huangand Longxing Shi，【A High Current Density SOI-LIGBT with Segmented Trenches inthe Anode Region for Suppressing Negative Differential Resistance Regime】在SSA-LIGBT的P+集電區和N+集電區之間插入一個留縫隙的隔離槽，從而增加電子路徑上的電阻，有效的縮短了P+集電區和N+集電區之間的距離，如圖2所示。該方法可消除Snapback效應，但是深槽制作會增加工藝難度和成本。此外，深槽處于集電極端，熱載流子注入比較嚴重，將影響器件的穩定性和可靠性。Kun Zhou,Tao Sun,Qing Liu,Bo Zhang,Zhaoji Li,and Xiaorong Luo，【A Snapback-free Shorted-anode SOI LIGBT with Multi-SegmentAnode】設計出多分離段陽極(Multi-segment anode，MSA)LIGBT，通過引入多段高濃度的P型埋層，并折疊P+集電區的分布路徑，有效增加電子電流路徑長度，從而在小尺寸元胞下有效抑制snapback效應，如圖3所示。