CN101431097B - 一种薄层soi ligbt器件 - Google Patents
一种薄层soi ligbt器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101431097B CN101431097B CN2008101478195A CN200810147819A CN101431097B CN 101431097 B CN101431097 B CN 101431097B CN 2008101478195 A CN2008101478195 A CN 2008101478195A CN 200810147819 A CN200810147819 A CN 200810147819A CN 101431097 B CN101431097 B CN 101431097B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- type
- region
- layer
- district
- barrier layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
一种薄层SOI LIGBT器件,属于半导体功率器件技术领域。器件SOI层厚度为1μm~2μm,在体区与漂移区之间做有空穴势垒层,将空穴最大限度“挡”在漂移区内,从而增加漂移区中靠阴极侧的空穴浓度,降低器件导通损耗。在空穴势垒层旁还可以增加P型耗尽区,辅助耗尽N型空穴势垒层,以增强器件承受高压时的漂移区耗尽,改善器件的击穿特性。本发明具有寄生效应小、速度快、功耗低、抗辐照能力强等优点,且与标准工艺兼容。采用本发明可以制作性能优良的高压、高速、低导通损耗的LIGBT功率器件。
Description
技术领域
本发明属于半导体功率器件技术领域。
背景技术
横向绝缘栅双极型晶体管LIGBT(Lateral Insulated-Gate Bipolar Transistor)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-diffused MOSFET)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、寄生效应小、速度快、功耗低、集成度高、抗辐照能力强等优点,使得SOI LIGBT在高压功率集成电路领域受到了广泛的关注。
文献(1)M.Stoisiek,K.-G.Oppermann,U.Schwalke,et al.A dielectric isolated high-voltage IC-technology for off-Line applications.1995 International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs,Vol.7:325-329,采用3μm埋氧层、20μmSOI层的SDB材料,开发出600V高低压兼容工艺,实现深槽介质隔离的LIGBT器件,如图1所示。其中18是深槽隔离区,1是P+衬底,2是埋氧层,3是N型缓冲层,4是P+阳极,9是P型体区,16是N-漂移区,12是N+阴极,19是槽侧墙扩散P区。由于较厚的SOI层,虽采用介质隔离的SOI技术,但槽侧墙扩散P区19与N-漂移区16之间存在大面积的PN结,其并没有充分利用SOI技术的低漏电、低功耗优势;并且由于采用深槽介质隔离方式,需要进行深槽刻蚀、槽侧墙p扩散、槽填充、平坦化等额外的工艺步骤,增加了工艺成本。
文献(2)T.Nitta,S.Yanagi,T.Miyajima,et al.Wide voltage power device implementation in 0.25μm SOI BiC-DMOS.2006 International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs,Vol.18:341-344,采用1.5μm埋氧层和5μm SOI层实现LIGBT,如图2所示。其中1是P+衬底,2是埋氧层,16是N-漂移区,3是N型缓冲层,4是P+阳极,5是集电极金属,6和19是场氧化层,20是N+区,7是金属前介质,10是多晶硅栅电极,17为栅氧层,12是发射极N+区,11是发射极金属,13是发射极P+区,9是P型体区。该器件虽然采用5μm SOI层,但P型体区9与N-漂移区16形成的PN结较薄层SOI技术仍增加了额外的寄生电容,且需深槽刻蚀、槽填充、平坦化等额外的工艺步骤,增加了工艺成本。
发明内容
本发明目的在于提供一种薄层SOI LIGBT器件,在薄层SOI材料上(典型厚度1μm~2μm)实现高压、高速、低导通损耗的LIGBT器件。与传统结构相比,其基于薄层SOI技术,进一步降低了传统厚层SOI器件的寄生效应,从而具有更低的漏电流。由于SOI层较薄,其可采用常规硅局部氧化(LOCal Oxidation of Silicon)工艺实现器件的介质隔离,亦可采用浅槽隔离技术;与深槽介质隔离相比,改善了工艺的兼容性。器件在体区与漂移区之间具有空穴势垒层,将空穴最大限度“挡”在漂移区内,从而增加漂移区中靠阴极侧的空穴浓度,降低了器件导通损耗。在空穴势垒层旁做有P型辅助耗尽层,辅助耗尽N型空穴势垒层,以增强器件承受高压时的漂移区耗尽,改善器件的击穿特性。
本发明提供的一种薄层SOI LIGBT器件,如图3所示,包括:衬底1,埋氧层2,N型缓冲层3,P+阳极区4,阳极金属5,场氧区6,金属前介质7,N型空穴势垒层8,P型体区9,多晶硅栅极10,阴极金属11,阴极N+区12,阴极P+区13,P型区14,N-漂移区16和栅氧层17。所述衬底1的上面是埋氧层2,所述埋氧层2上面是厚度为1μm~2μm的SOI层;所述SOI层一侧是N型缓冲层3,N型缓冲层3的上面是P+阳极区4,P+阳极区4的上面是阳极金属5;所述SOI层另一侧是P型区14;P型区14和N型缓冲层3之间是N型空穴势垒层8、P型体区9和N-漂移区16,其中:N-漂移区16与N型缓冲层3相连,P型体区9与P型区14相连,N型空穴势垒层8位于P型体区9和N-漂移区16之间;N-漂移区16的上面是场氧区6;N型空穴势垒层8和部分P型体区9的上面是栅氧层17,栅氧层17和部分场氧区6的上面是多晶硅栅极10;部分P型区14的上面是阴极P+区13,另一部分P型区14和另一部分P型体区9的上面是阴极N+区12;阴极N+区12和阴极P+区13的上面是阴极金属11;多晶硅栅极10和大部分场氧区6的上面且在阳极金属5和阴极金属11之间的是金属前介质7。
上述技术方案中,所述N型空穴势垒层8其掺杂浓度大于N-漂移区16的掺杂浓度。
本发明提供的薄层SOI LIGBT器件中,还可以增加一层P型耗尽区15,所述P型耗尽区15位于所述N型空穴势垒层8和P型体区9的下面,与埋氧层2相连,如图5所示。
本发明提供的薄层SOI LIGBT器件中,还可以增加一层P型耗尽区15,所述P型耗尽区15与N型空穴势垒层8相间构成,且N型空穴势垒层8和P型耗尽区15均与P型体区9和N-漂移区16相连,如图6所示。
本发明的工作原理:
本发明提供的一种薄层SOI LIGBT功率器件。器件SOI层较薄,可以进一步降低传统厚层器件的寄生效应,提高器件的开关速度,避免闩锁效应。在体区与漂移区之间做有N型空穴势垒层,将空穴最大限度“挡”在漂移区内,从而增加漂移区中靠阴极侧的空穴浓度,降低器件导通损耗。这里以高压N沟道LIGBT为例(如图3),说明本发明的工作原理。
在器件导通时,即加在多晶硅栅极10上的电压大于器件阈值电压时,N沟道反型层形成,器件开启。P型体区9与N-漂移区16间做有N型空穴势垒层8,N型空穴势垒层8浓度高于N-漂移区16浓度,N型空穴势垒层8与N-漂移区16间所形成的NN-结的内建势作用,形成阻碍空穴从阳极区向阴极区运动的场,因此P+阳极区4注入空穴至N-漂移区16,由于N型空穴势垒层8的作用,将P+阳极区4注入的空穴最大限度“挡”在漂移区内,增加了N-漂移区16中靠阴极侧的空穴浓度,如图4所示。由于载流子浓度的增加,使得N沟道LIGBT的导通损耗降低。
在器件关断时,空穴势垒层8旁边的P型耗尽区15能辅助耗尽N型空穴势垒层8,以降低P型体区9和N型空穴势垒层8间所形成的冶金结的电场峰值,从而改善器件的击穿特性。
本发明的另一个优点是采用薄层SOI材料。与传统PN结隔离的体硅技术相比,其具有更小的寄生效应,更高的工作频率,且器件避免了闩锁现象的发生。而与文献1和2厚层SOI器件相比,本发明采用小于2μm的SOI厚度,这一结构特点使得薄层SOI器件具有寄生效应小、速度快、功耗低、抗辐照能力强等诸多优点,并且与标准工艺兼容,不需要深槽介质隔离,工艺简单。采用硅局部氧化工艺或浅槽隔离技术实现器件的高低压兼容,降低了工艺难度及成本。
综上所述,本发明提供一种薄层SOI LIGBT器件,在薄层SOI材料上实现高压低导通损耗LIGBT器件。与传统结构相比,其基于薄层SOI技术,进一步降低了传统厚层SOI器件的寄生效应,从而具有更低的漏电流。由于SOI层较薄,其可采用常规LOCOS工艺实现器件的介质隔离,亦可采用浅槽隔离技术;与深槽介质隔离相比,改善了工艺的兼容性。器件在体区与漂移区之间做有空穴势垒层,将空穴最大限度“挡”在漂移区内,从而增加漂移区中靠阴极侧的空穴浓度,降低了器件导通损耗。在空穴势垒层旁做有P型辅助耗尽层,辅助耗尽N型空穴势垒层,以增强器件承受高压时的漂移区耗尽,改善器件的击穿特性。
附图说明
图1是现有基于20μm厚层SOI的LIGBT器件结构示意图。
其中1是P+衬底,2是埋氧层,3是N型缓冲层,4是P+阳极,16是N-漂移区,12是N+阴极,9是P型体区
图2是现有基于5μm厚层SOI的LIGBT器件结构示意图。
其中5是集电极金属,6和19是场氧化层,20是N+区,7是金属前介质,10是多晶硅栅电极,17为栅氧层,12是发射极N+区,11是发射极金属,13是发射极P+区。
图3是本发明提供的薄层SOI LIGBT器件结构示意图。
其中8是N型空穴势垒层。
图4是有无N型空穴势垒层8时的漂移区空穴浓度比较示意图。其中图4(a)是有N型空穴势垒层8时的漂移区空穴浓度示意图,图4(b)是没有N型空穴势垒层8时的漂移区空穴浓度示意图。
图5是本发明的另一种薄层SOI LIGBT结构示意图。其中15是P型耗尽区。
图6是本发明的又一种薄层SOI LIGBT结构示意图。其中15是P型耗尽区。
具体实施方式
采用本发明的薄层SOI LIGBT,可以得到性能优良的高压、高速、低导通损耗的功率器件,满足150~250V PDP行驱动IC、600V开关电源IC等对驱动级高压、大电流、低导通损耗的要求。
本发明提供的一种薄层SOI LIGBT器件,如图3所示,包括:衬底1,埋氧层2,N型缓冲层3,P+阳极区4,阳极金属5,场氧区6,金属前介质7,N型空穴势垒层8,P型体区9,多晶硅栅极10,阴极金属11,阴极N+区12,阴极P+区13,P型区14,N-漂移区16和栅氧层17。所述衬底1的上面是埋氧层2,所述埋氧层2上面是厚度为1μm~2μm的SOI层;所述SOI层一侧是N型缓冲层3,N型缓冲层3的上面是P+阳极区4,P+阳极区4的上面是阳极金属5;所述SOI层另一侧是P型区14;P型区14和N型缓冲层3之间是N型空穴势垒层8、P型体区9和N-漂移区16,其中:N-漂移区16与N型缓冲层3相连,P型体区9与P型区14相连,N型空穴势垒层8位于P型体区9和N-漂移区16之间;N-漂移区16的上面是场氧区6;N型空穴势垒层8和部分P型体区9的上面是栅氧层17,栅氧层17和部分场氧区6的上面是多晶硅栅极10;部分P型区14的上面是阴极P+区13,另一部分P型区14和另一部分P型体区9的上面是阴极N+区12;阴极N+区12和阴极P+区13的上面是阴极金属11;多晶硅栅极10和大部分场氧区6的上面且在阳极金属5和阴极金属11之间的是金属前介质7。
上述技术方案中,所述N型空穴势垒层8其掺杂浓度大于N-漂移区16的掺杂浓度。
本发明提供的薄层SOI LIGBT器件中,还可以增加一层P型耗尽区15,所述P型耗尽区15位于所述N型空穴势垒层8和P型体区9的下面,与埋氧层2相连,如图5所示。
本发明提供的薄层SOI LIGBT器件中,还可以增加一层P型耗尽区15,所述P型耗尽区15与N型空穴势垒层8相间构成,且N型空穴势垒层8和P型耗尽区15均与P型体区9和N-漂移区16相连,如图6所示。
本发明所提供的薄层SOI LIGBT功率器件可以是N沟道LIGBT器件,也可以是P沟道LIGBT器件。
Claims (3)
1.一种薄层SOI LIGBT器件,包括:P+衬底(1),埋氧层(2),N型缓冲层(3),P+阳极区(4),阳极金属(5),场氧区(6),金属前介质(7),N型空穴势垒层(8),P型体区(9),多晶硅栅极(10),阴极金属(11),阴极N+区(12),阴极P+区(13),P型区(14),栅氧层(17)和N-漂移区(16);
所述P+衬底(1)的表面是埋氧层(2),所述埋氧层(2)上面是厚度为1μm~2μm的SOI层;所述SOI层一侧是N型缓冲层(3),N型缓冲层(3)的上面是P+阳极区(4),P+阳极区(4)的上面是阳极金属(5);所述SOI层另一侧是P型区(14);P型区(14)和N型缓冲层(3)之间是N型空穴势垒层(8)、P型体区(9)和N-漂移区(16),其中:N-漂移区(16)与N型缓冲层(3)相连,P型体区(9)与P型区(14)相连,N型空穴势垒层(8)位于P型体区(9)和N-漂移区(16)之间;N-漂移区(16)的上面是场氧区(6);N型空穴势垒层(8)和部分P型体区(9)的上面是栅氧层(17),栅氧层(17)和部分场氧区(6)的上面是多晶硅栅极(10);部分P型区(14)的上面是阴极P+区(13),另一部分P型区(14)和另一部分P型体区(9)的上面是阴极N+区(12);阴极N+区(12)和阴极P+区(13)的上面是阴极金属(11);多晶硅栅极(10)和大部分场氧区(6)的上面且在阳极金属(5)和阴极金属(11)之间的是金属前介质(7)。
2.根据权利要求1所述的薄层SOI LIGBT器件,其特征在于,所述N型空穴势垒层(8)和P型体区(9)的下面与埋氧层(2)之间还具有一层P型耗尽区(15)。
3.根据权利要求1所述的薄层SOI LIGBT器件,其特征在于,所述P型体区(9)和N-漂移区(16)之间还具有一层P型耗尽区(15),所述P型耗尽区(15)与N型空穴势垒层(8)相间构成,且N型势垒区(8)和P型耗尽区(15)均与P型体区(9)和N-漂移区(16)相连。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2008101478195A CN101431097B (zh) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | 一种薄层soi ligbt器件 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2008101478195A CN101431097B (zh) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | 一种薄层soi ligbt器件 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101431097A CN101431097A (zh) | 2009-05-13 |
CN101431097B true CN101431097B (zh) | 2010-10-13 |
Family
ID=40646350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2008101478195A Expired - Fee Related CN101431097B (zh) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | 一种薄层soi ligbt器件 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101431097B (zh) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011204711A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
CN102157434B (zh) * | 2011-03-10 | 2012-12-05 | 杭州电子科技大学 | 具有p埋层的纵向沟道SOI LIGBT器件单元的制作方法 |
CN102244092B (zh) * | 2011-06-20 | 2013-01-09 | 电子科技大学 | 一种横向高压功率半导体器件的结终端结构 |
CN102254902B (zh) * | 2011-06-30 | 2013-03-06 | 江苏宏微科技有限公司 | Igbt功率半桥模块 |
CN107240603A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-10-10 | 电子科技大学 | 一种薄soi短路阳极ligbt |
JP6820811B2 (ja) * | 2017-08-08 | 2021-01-27 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置および電力変換装置 |
CN108122963B (zh) * | 2017-12-22 | 2021-02-09 | 重庆大学 | 一种电势控制快速横向绝缘栅双极型晶体管 |
CN110473907B (zh) * | 2019-08-29 | 2020-09-29 | 电子科技大学 | 一种超低功耗薄层高压功率器件 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5378912A (en) * | 1993-11-10 | 1995-01-03 | Philips Electronics North America Corporation | Lateral semiconductor-on-insulator (SOI) semiconductor device having a lateral drift region |
US6191453B1 (en) * | 1999-12-13 | 2001-02-20 | Philips Electronics North America Corporation | Lateral insulated-gate bipolar transistor (LIGBT) device in silicon-on-insulator (SOI) technology |
US6677622B2 (en) * | 2001-03-07 | 2004-01-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having insulated gate bipolar transistor with dielectric isolation structure |
-
2008
- 2008-12-11 CN CN2008101478195A patent/CN101431097B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5378912A (en) * | 1993-11-10 | 1995-01-03 | Philips Electronics North America Corporation | Lateral semiconductor-on-insulator (SOI) semiconductor device having a lateral drift region |
US6191453B1 (en) * | 1999-12-13 | 2001-02-20 | Philips Electronics North America Corporation | Lateral insulated-gate bipolar transistor (LIGBT) device in silicon-on-insulator (SOI) technology |
US6677622B2 (en) * | 2001-03-07 | 2004-01-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having insulated gate bipolar transistor with dielectric isolation structure |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JP特开2001-127286A 2001.05.11 |
US 5378912 A,说明书第2栏第65行至第5栏第35行,图1-3. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101431097A (zh) | 2009-05-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101431097B (zh) | 一种薄层soi ligbt器件 | |
CN100568534C (zh) | 具有栅极场板的薄膜soi厚栅氧功率器件 | |
CN104538446B (zh) | 一种双向mos型器件及其制造方法 | |
CN102148240B (zh) | 一种具有分裂阳极结构的soi-ligbt器件 | |
CN101419981A (zh) | 一种槽栅soi ligbt器件 | |
CN107808899B (zh) | 具有混合导电模式的横向功率器件及其制备方法 | |
CN104701380B (zh) | 一种双向mos型器件及其制造方法 | |
CN108807505A (zh) | 一种碳化硅mosfet器件及其制造方法 | |
CN108122963B (zh) | 一种电势控制快速横向绝缘栅双极型晶体管 | |
CN110504308B (zh) | 一种高速低损耗的多槽栅高压功率器件 | |
CN101431096A (zh) | 一种soi ligbt器件 | |
CN107180865A (zh) | 一种低噪声低损耗绝缘栅双极型晶体管 | |
CN102623492A (zh) | 一种mos场控晶闸管 | |
CN108091685A (zh) | 一种提高耐压的半超结mosfet结构及其制备方法 | |
CN105993076A (zh) | 一种双向mos型器件及其制造方法 | |
CN210805778U (zh) | 一种SiC-MOS器件结构 | |
CN115425065A (zh) | 一种碳化硅igbt器件及其制造方法 | |
CN109103240A (zh) | 一种低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管 | |
CN107768434A (zh) | 一种双向igbt及其制造方法 | |
CN117476774B (zh) | 垂直型碳化硅晶体管的结构、制造方法及电子设备 | |
CN102064192B (zh) | 一种soi横向绝缘栅双极型晶体管器件 | |
CN109065608A (zh) | 一种横向双极型功率半导体器件及其制备方法 | |
CN117497579A (zh) | 碳化硅igbt的结构、制造方法及电子设备 | |
CN105633140B (zh) | 一种双层部分soi ligbt器件及其制造方法 | |
CN219286406U (zh) | 高静电防护能力的分离栅mosfet器件 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101013 Termination date: 20121211 |