[發明專利]一種具有縱向分離陽極的SA-LIGBT器件

有效

• 申請號: 202010092899.X
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111326576B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 陳偉中;李順;黃垚;黃元熙;黃義;賀利軍;張紅升
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L29/08
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種具有縱向分離陽極結構的SALIGBT器件，屬于半導體功率器件領域。本發明將傳統SA?LIGBT的N+陽極和P+陽極分離，將N+陽極設置在器件內部，通過增加N+陽極的縱向深度，延長單極性導電模式下電子的流動路徑；N+陽極下方P型浮空層可以增大器件的陽極分布電阻，通過調節N+陽極的縱向深度和P型浮空層的摻雜濃度，完全消除snapback效應。本發明利用了器件的縱向長度減少芯片面積；正向導通時，新結構LIGBT的正向導通壓降為0.91V，相比于分離陽極短路型LIGBT和常規陽極短路LIGBT分別減少了6.2％和24％；關斷時，N+陽極可以快速抽取漂移區中的電子，其關斷時間為370ns，相比于傳統LIGBT和介質隔離型LIGBT減少了82％和23％。

技術領域

本發明屬于功率半導體器件領域，涉及一種具有縱向分離陽極的SA-LIGBT器件。

背景技術

橫向絕緣柵雙極性晶體管(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，LIGBT)是一種常見的雙極性功率半導體器件，具有輸入阻抗高、導通壓降低和驅動電路簡單等優點。被廣泛應用于通信技術、新能源設備和各類消費電子領域。傳統的LIGBT器件由LDMOS(Lateral Double-diffused Metal-Oxide Semiconductor)改良而來，發明者將LDMOS漏極的N+替換成P+，使單極性器件變為雙極性器件。由于P+的引入，LIGBT可在導通時可以向漂移區中注入空穴，使高阻的漂移區發生電導調制效應，從而得到較高的電流密度。然而，儲存在漂移區中的大量載流子會導致器件產生拖尾電流現象。尤其是漂移區中的電子缺少抽取通道，只能依靠載流子的復合作用來消除，從而導致較大的關斷損耗。

SA-LIGBT(Shorted-anode Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，陽極短路型橫向絕緣柵雙極性晶體管)在傳統LIGBT的基礎上，在陽極端引入了陽極短路結構N+陽極。在關斷時，漂移區中的電子可通過N+陽極被快速抽取，有效較低了晶體管的關斷損耗，加快了晶體管的關斷時間。然而，N+陽極的引入也會導致晶體管在導通時產生一個從單極性導電模式到雙極性模式的轉換，使晶體管產生一個電壓回跳現象，即snapback效應。Snapback效應會使晶體管電流分布不均，嚴重影響器件工作的可靠性。

為了更好的促進SA-LIGBT的應用，需要對SA-LIGBT進行進一步改進，以避免snapback效應，提高器件的可靠性。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種具有縱向分離陽極結構的SA-LIGBT器件。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種具有縱向分離陽極的SA-LIGBT器件，包括SOI結構和設置在所述SOI結構上的頂層半導體區域，所述SOI結構從下至上包括P型襯底(9)、絕緣介質層(8)、N型漂移區(7)，所述頂層半導體區域包括陰極金屬(1)、P型重摻雜陰極區(5)、N型重摻雜陰極區(2)、柵氧化層(3)、柵極(4)、P-body(6)和陽極區域柵氧化層(3)位于柵極(4)下；所述N型重摻雜陰極區(2)位于P型重摻雜陰極區(5)右側，所述陰極金屬(1)位于P型重摻雜陰極區(5)和N型重摻雜陰極區(2)上側，所述柵氧化層(3)位于陰極金屬(1)右方，所述柵極(4)設置在柵氧化層(3)上側，所述P型重摻雜陰極區(5)和N型重摻雜陰極區(2)均被P-body(6)包圍；陽極區域和P-body(6)之間被N型漂移區(7)隔離。

進一步，所述陽極區域包括N型緩沖層(10)、P型重摻雜陽極區(11)、陽極金屬(12)、陽極介質隔離層(13)、N型重摻雜陽極區(14)。