[發明專利]具有二極管鉗位載流子存儲層的SOI LIGBT器件

有效

• 申請號: 201910316577.6
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN109888007B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 易波;藺佳;楊瑞豐;彭一峰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 陳選中

本發明公開了一種具有二極管鉗位載流子存儲層的SOI LIGBT器件，通過將P型半導體基區分割成多個區域，并且在不同區域引入兩個或三個串聯二極管，使得器件在反向耐壓時，P型電場屏蔽區電位升高至兩個或三個二極管的導通壓降后，二極管導通，P型電場屏蔽區的電位被鉗位在兩個或三個二極管導通壓降附近，所以N型載流子存儲區的電位被P型電場屏蔽區很好地屏蔽在很低的值，器件的耐壓將主要由P型電場屏蔽區和表面耐壓區構成的反偏二極管承受，從而徹底打破了擊穿電壓和N型載流子層濃度之間的矛盾關系。

技術領域

本發明屬于功率半導體器件技術領域，具體涉及一種具有二極管鉗位載流子存儲層的SOI LIGBT器件的設計。

背景技術

電力電子系統的小型化、集成化是功率半導體器件的一個重要研究方向。智能功率集成電路(Smart Power Integrated Circuit，SPIC)或高壓集成電路(High VoltageIntegrated Circuit，HVIC)將保護、控制、檢測、驅動等低壓電路和高壓功率器件集成在同一個芯片上，這樣不僅縮小了系統體積，還提高了系統可靠性。同時，在較高頻率的工作場合，由于系統引線電感的減少，對于緩沖和保護電路而言，能夠顯著降低其要求。

橫向絕緣柵雙極晶體管(Lateral Insulated-Gate Bipolar Transistor，LIGBT)是SPIC或HVIC的重要功率器件之一，基于SOI技術的LIGBT更是由于其優良的隔離特性而被廣泛使用。作為雙極型功率器件，LIGBT同時具有MOSFET高輸入阻抗和BJT電流密度大的特點。然而，漂移區中大量的非平衡載流子的存在增強了漂移區電導調制效應的同時也增加了器件的關斷損耗。所以，優化器件的關斷損耗(Turn-off loss：E_off)和導通壓降(On-state voltage drop：V_on)之間的折中關系，是設計LIGBT的關鍵之一。

為了獲得更優的關斷損耗和導通壓降之間的折中關系，H.Takahashi等人在1996年在文章《Carrier Stored Trench-Gate Bipolar transistor(CSTBT)–A Novel PowerDevice for High Voltage Application》中首次提出了載流子存儲層技術，并且將其應用到縱向IGBT結構中。如圖1所示為一種具有載流子存儲層的LIGBT結構，在陰極一側引入N型載流子存儲層，使得漂移區中靠近陰極一側積累更多的非平衡載流子，進一步增強漂移區電導調制效應。同時，由于陰極電子注入效率提高，陽極的注入效率可以降低，從而LIGBT關斷時，陽極持續注入的空穴將減小，關斷速度將提高。所以，載流子存儲層的引入，使得LIGBT器件具有了更優的E_off和V_on折中關系。

然而，現有技術的具有載流子存儲層LIGBT器件中，隨著載流子存儲層濃度(Carrier-Stored Layer Concentration：N_cs)的升高，器件的擊穿電壓(BreakdownVoltage：BV)會隨之減小。所以，如何解決擊穿電壓和載流子存儲層濃度之間的矛盾關系，是設計具有載流子存儲層LIGBT的關鍵之一。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的具有載流子存儲層LIGBT器件的擊穿電壓和載流子存儲層濃度之間的矛盾關系，提出了一種具有二極管鉗位載流子存儲層的SOI LIGBT器件，既能打破擊穿電壓和載流子層濃度的矛盾關系，又能實現快速關斷，并且在提高短路安全工作區的同時還能夠兼容現有載流子存儲層技術。