[發明專利]一種具有載流子存儲層的薄SOI LIGBT器件

有效

• 申請號: 201710873013.3
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107482058B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 羅小蓉;楊洋;孫濤;魏杰;鄧高強;黃琳華;劉慶;趙哲言;曹厚華;孫燕
• 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;H01L29/423;H01L29/06
• 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，具體涉及一種具有載流子存儲層的薄SOI LIGBT。本發明主要特征在于：采用兩個槽柵和一個平面柵結構，且在兩個槽柵之間、平面柵下方引入載流子存儲層。正向導通時，槽柵側壁阻擋空穴通路，起到注入增強的效果，降低器件的正向導通壓降；同時，N型載流子存儲層起到阻擋空穴的作用，促進電子注入漂移區，增強電導調制效應，進一步降低正向導通壓降。在正向阻斷時，槽柵起到耗盡載流子存儲層的作用，使得器件在存儲層高濃度下仍可維持高耐壓。本發明的有益效果為，相對于傳統LIGBT結構，本發明具有更低的正向導通壓降、更快的關斷速度和更低的關斷損耗。

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薄SOI LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，橫向絕緣柵雙極型晶體管)。

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，它兼具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。SOI LIGBT與標準CMOS電路兼容，廣泛應用在高壓集成電路中。其中一種運用是在三相單片集成逆變器中，用來驅動直流無刷電機。

研究者做了許多工作，但這些工作主要集中在厚頂層硅上，對薄頂層硅的關注較少。相比厚頂層硅，薄頂層硅在隔離和集成上的工藝難度更小，成本更低。同時，薄的頂層硅厚度有利于關斷時間的降低。但是，由于表面復合的存在降低了漂移區內的電導調制效率，薄頂層硅的SOI LIGBT存在電流能力小和正向導通壓降大的問題。

發明內容

芯片的尺寸及功耗主要取決于SOI LIGBT的電流能力和正向導通壓降。為了提升薄SOI LIGBT的電流能力，本發明提出了一種具有載流子存儲層的薄SOI LIGBT，通過引入三柵及載流子存儲層而提高器件的電流能力，降低正向導通壓降。

本發明的技術方案為：

一種具有載流子存儲層的薄SOI LIGBT器件，包括自下而上依次層疊設置的襯底層1、介質埋層2和頂部半導體層；沿器件橫向方向，所述的頂部半導體層從一側到另一側依次具有陰極結構、槽柵結構、N型半導體漂移區4和陽極結構；

所述陰極結構包括沿器件垂直方向貫穿頂部半導體層的P型阱區3和P型重摻雜區5，P型阱區3和P型重摻雜區5相互接觸且P型阱區3位于靠N型半導體漂移區4的一側；在P型阱區3的上層具有N型重摻雜區6；所述P型重摻雜區5和P型阱區3的底部與介質埋層2接觸；所述P型重摻雜區5和N型重摻雜區6上表面引出陰極；

所述器件橫向方向和器件垂直方向相互垂直；

所述陰極結構與N型半導體漂移區4之間沿器件縱向方向有間斷分布的槽柵；所述槽柵由第一導電材料7及其四周的第一絕緣介質8構成；P型阱區3一部分伸入所述槽柵之間，在P型阱區3靠近N型半導體漂移區4的一側具有沿器件垂直方向貫穿頂部半導體層的N型載流子存儲層11，N型載流子存儲層11位于槽柵之間且與N型半導體漂移區4接觸；所述間斷分布的槽柵之間的區域表面覆蓋平面柵結構；所述平面柵結構包括第二絕緣介質10和覆蓋在第二絕緣介質10之上的第二導電材料9；所述平面柵結構一側與N型重摻雜區6表面接觸，覆蓋P型阱區3和N型載流子存儲層11的上表面，并與N型半導體漂移區4接觸；

所述器件縱向方向為同時與器件橫向方向和器件垂直方向均垂直的第三維度方向；

所述陽極結構包括N型緩沖層12和P型陽極區13，所述P型陽極區13位于N型緩沖層12中，所述N型緩沖層12的下表面和介質埋層2相接，所述N型緩沖層12的一側與N型半導體漂移區4接觸；所述P型陽極區13引出陽極電極。