CN101419981A - 一种槽栅soi ligbt器件 - Google Patents
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Abstract
一种槽栅SOI LIGBT器件，涉及半导体功率器件技术。本发明包括衬底、埋氧层、N型缓冲层、阳极P+区、阳极金属、N型漂移区、场氧化层、金属前介质层、P+区、N+区、多晶硅槽栅、LIGBT器件栅氧化层、P型沟道区、多晶硅槽栅金属和阴极金属，阴极金属与P+区和N+区连接，P+区10位于N+区11和阳极P+区4之间。本发明降低了栅氧化层附近的电场强度，防止了热载流子注入到栅氧中，增强了器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件技术。
背景技术
横向绝缘栅双极型晶体管LIGBT(Lateral Insulated-Gate BipolarTransistor)常用于高压功率驱动集成电路的输出级，以改进横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管LDMOS(Lateral Double-diffusedMOSFET)耐压与导通电阻之间的矛盾。SOI技术以其理想的介质隔离性能、相对简单的介质隔离工艺、使得SOI器件具有寄生效应小、速度快、功耗低、集成度高、抗辐照能力强等优点。基于SOI技术的可集成LIGBT器件，由于有源器件与材料衬底和其他高低压器件间采用完全的介质隔离，有利于避免LIGBT器件发生闩锁效应，且器件易作为高端或低端开关与其他高低压器件一起单片集成于高压功率集成电路中。
图1给出了传统n沟道LIGBT器件结构图。其中，1为P型或N型衬底，2为埋氧层，6为N型漂移区，3为与N型漂移区6掺杂类型相同的N型缓冲层，4为阳极P+区，其上有阳极金属5，7为场氧化层，8为金属前介质层，12为多晶硅栅，13为LIGBT器件栅氧化层，15为多晶硅栅金属，14为器件P型沟道区，9为浓度较P型沟道区14高的P型区，10为P+区，11为N+区，P+区10和N+区11与阴极金属16相接。与LDMOS相比，LIGBT有阳极P+区4，P+区4与N型缓冲层3、N型漂移区6、P型沟道区14和N+区11构成寄生晶闸管结构，大电流工作时易于发生闩锁效应，使得LIGBT失去栅控能力，器件失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种槽栅SOI LIGBT器件，能够避免寄生NPN管开启，防止LIGBT器件发生闩锁效应。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，槽栅SOI LIGBT器件，包括衬底、埋氧层、N型缓冲层、阳极P+区、阳极金属、N型漂移区、场氧化层、金属前介质层、P+区、N+区、多晶硅槽栅、LIGBT器件栅氧化层、P型沟道区、多晶硅槽栅金属和阴极金属，阴极金属与P+区和N+区连接，P+区位于N+区和阳极P+区之间，即N+区处于P+区的外侧，P+区处于N+区的内侧。
进一步的说，P型沟道区内侧设置有浓度较高的P型区。多晶硅槽栅与埋氧层相接。在N型漂移区中设置有Ptop区。
本发明的有益效果是，通过将P+区做到N+区和阳极P+区之间，使得阳极P+区注入的空穴直接被P+区收集，减小寄生NPN管的基极电流，避免寄生NPN管开启，防止LIGBT器件发生闩锁效应。同时，多晶硅槽栅和P型沟道区下的N型漂移区由于JFET耗尽效应，使得阳极加较小电压时便能耗尽，降低了栅氧化层附近的电场强度，防止了热载流子注入到栅氧中。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是常规n沟道LIGBT器件结构图。
图2是作为实施例1的槽栅SOI LIGBT器件结构示意图。
图3是作为实施例2的槽栅SOI LIGBT器件结构示意图。
图4是作为实施例3的槽栅SOI LIGBT器件结构示意图。
图5是作为实施例4的槽栅SOI LIGBT器件结构示意图。
图6是实施例5的结构示意图，即漂移区增加Ptop区所形成的Double RESURF(Reduced SURface Field)槽栅SOI LIGBT器件。
图中，1为P型或N型衬底，2为埋氧层，3为N型缓冲层，4为阳极P+区，5为阳极金属，6为N型漂移区，7为场氧化层，8为金属前介质层，9为浓度较高的P型区，10为P+区，11为N+区，12为多晶硅槽栅，13为LIGBT器件栅氧化层，14为器件P型沟道区，15为多晶硅槽栅金属，16为阴极金属，17为多晶硅场板，18为Ptop区。
具体实施方式
本发明通过将P+区10做到N+区11和阳极P+区4之间，使得阳极P+区4注入的空穴直接被P+区10收集，从而减小由N+区11、P型沟道区14和N型漂移区6构成的寄生NPN管的基极电流，使得寄生NPN管不易开启，避免闩锁效应。同时，多晶硅槽栅12和P型沟道区14下的N型漂移区6由于JFET耗尽效应，使得阳极加较小电压时便能耗尽，降低了栅氧化层13附近的电场强度，从而防止热载流子注入到栅氧中。
在器件导通时，槽栅SOI LIGBT反型沟道形成，在阳极施加正电压时，反型沟道中的电子电流注入到漂移区中，为由阳极P+区4、N型缓冲层3、N型漂移区6、P型区9和P+区10形成的PNP管提供基极电流，使得P+区4注入空穴至N型漂移区6，对N型漂移区6进行电导调制，降低器件的导通电阻。阳极P+区4注入的空穴经N型漂移区6后，直接由P型区9、P+区10流出，不会使由N+区11、P型沟道区14和N型漂移区6构成的寄生NPN管开启，避免了LIGBT器件内寄生晶闸管的闩锁效应，使得本发明的槽栅SOI LIGBT具有大的安全工作区。同时，多晶硅槽栅12和P型沟道区14下的N型漂移区6由于JFET耗尽效应，使得阳极加较小电压时便能耗尽，降低了栅氧化层13附近的电场强度，从而防止热载流子注入到栅氧中，增强了器件的可靠性。
实施例1：
参见图2。其中，阳极P+区4与阳极金属5连接，P型区9的浓度较P型沟道区14高，P+区10和N+区11与阴极金属16相接。N+区11通过LIGBT器件栅氧化层与多晶硅槽栅12连接，多晶硅槽栅12与多晶硅槽栅金属15连接。
实施例2：
参见图3。本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的多晶硅槽栅12与埋氧层2相接，借助JFET效应，增强P型沟道区14下的N型漂移区6耗尽，进一步降低了栅氧化层13附近的电场强度。
实施例3：
参见图4。本实施例的P型区9由P型沟道区14同时形成，从而节约掩模版数，减少工艺复杂度。
实施例4：
参见图5。本实施例是带有多晶硅场板17的槽栅SOI LIGBT器件，在金属前介质层内设置有多晶硅场板17。通过采用场板技术改善器件承受高压时的漂移区表面电场分布，改善了器件的击穿特性。
实施例5：
参见图6。本实施例为漂移区增加Ptop区18的双RESURF槽栅SOI LIGBT器件，在N型漂移区6中增加Ptop区18，优化器件承受高压时的表面场分布。Ptop区18位于场氧化层7下的N型漂移区6中。
Claims (5)
1、一种槽栅SOI LIGBT器件，包括衬底(1)、埋氧层(2)、N型缓冲层(3)、阳极P+区(4)、阳极金属(5)、N型漂移区(6)、场氧化层(7)、金属前介质层(8)、P+区(10)、N+区(11)、多晶硅槽栅(12)、LIGBT器件栅氧化层(13)、P型沟道区(14)、多晶硅槽栅金属(15)和阴极金属(16)，阴极金属(16)与P+区(10)和N+区(11)连接，其特征在于，P+区(10)位于N+区(11)和阳极P+区(4)之间。
2、如权利要求1所述的槽栅SOI LIGBT器件，其特征在于，P型沟道区(14)内侧设置有浓度较高的P型区(9)。
3、如权利要求1所述的槽栅SOI LIGBT器件，其特征在于，多晶硅槽栅(12)与埋氧层(2)相接。
4、如权利要求1所述的槽栅SOI LIGBT器件，其特征在于，在金属前介质层(8)内设置有多晶硅场板(17)。
5、如权利要求1所述的槽栅SOI LIGBT器件，其特征在于，在N型漂移区(6)中设置有Ptop区(18)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090429 |