CN106920842A - 一种具有载流子存储层的槽型soi ligbt - Google Patents

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Abstract

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有载流子存储层的槽型SOI LIGBT。本发明相对于传统结构，具有以下几个特点：一、具有高浓度的载流子存储层，其在正向导通时起阻挡空穴的作用，使界面附近的空穴浓度增大，根据电中性原理，更多的电子注入漂移区，电导调制效应增强，进而降低器件的正向导通压降。同时，引入介质槽，在物理上阻挡空穴被阴极收集，起到进一步降低正向导通压降的作用，更重要的是，在正向阻断时起到辅助耗尽载流子存储层的作用，使得在高浓度载流子存储层的情况下器件保持高耐压；二、采用三栅结构，提高沟道密度；三、三栅结构与介质槽可以同时制作，无需额外的工艺步骤。

Description

一种具有载流子存储层的槽型SOI LIGBT
技术领域
本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有载流子存储层的槽型SOI LIGBT。
背景技术
LIGBT是一种由横向场效应晶体管和双极型晶体管混合而成的结构，兼具场效应晶体管输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单及双极型晶体管电流密度大，饱和压降低的优点。SOI LIGBT与标准CMOS电路兼容，广泛应用在高压集成电路中，其SOI衬底能够起到完全的介质隔离作用。
高压LIGBT的电流密度能力对驱动能力有很大的影响，因此增大其电流密度能力成为提高芯片性能，降低芯片成本的关键。LIGBT的大电流能力源于其漂移区的电导调制效应，通过提高漂移区中过剩载流子浓度可以有效降低LIGBT的导通压降，增大导通电流。但在关断时，漂移区存储的大量非平衡电子空穴对需要被抽取，这些载流子因远离P型体区和N型漂移区形成的耐压PN结，所以在LIGBT关断时无法被耗尽区内建电场快速扫出漂移区，造成关断时间长、关断损耗大等不良影响。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，通过引入载流子存储层的介质槽有效地降低了SOI LIGBT的导通压降，同时兼顾了关断损耗和导通压降的折衷关系。
本发明的技术方案是：一种具有载流子存储层的槽栅SOI LIGBT器件，包括衬底层1及其上方的介质埋层2；所述介质埋层2的上表面沿器件水平方向依次具有阴极结构、N型半导体漂移区4和阳极结构；
所述阴极结构包括P型阱区3、P型重掺杂区5及N型重掺杂区6，P型重掺杂区5和N型重掺杂区6位于P型阱区3的上表面，两者相互独立且N型重掺杂区6位于靠近漂移区4的一侧；所述P型重掺杂区5和N型重掺杂区6上表面引出阴极；
其特征在于，在所述N型重掺杂区6与N型半导体漂移区4之间的P型阱区3上表面具有平面栅结构，沿器件纵向，在所述平面栅结构的两端具有槽栅结构，所述槽栅结构由第一导电材料7及其四周的第一绝缘介质8构成，第一绝缘介质8的一侧从上到下依次与N型重掺杂区6和P型阱区3的侧面接触，第一绝缘介质8和第一导电材料7的底部与介质埋层2接触；所述器件纵向方向为与器件水平方向和器件垂直方向均垂直的第三维度方向；；
所述平面栅结构和两侧的槽栅结构形成三栅，其共同引出端为栅极；在槽栅结构靠近漂移区4的一侧具有介质槽，所述介质槽中填充有第二导电材料11及位于第二导电材料11四周的第二绝缘介质12，第二绝缘介质12的一侧与槽栅结构接触，另一侧与漂移区4接触，第二导电材料11及第二绝缘介质12的下表面与介质埋层2接触；所述介质槽在第三维度方向间断分布，其间隙宽度大于槽栅结构的间隙宽度，其间隙处具有载流子存储层13，所述载流子存储层13一侧与P型阱区3相接，另一侧与漂移区4相接；所述槽栅结构和介质槽以器件横向方向的中线为对称轴，在器件纵向方向上呈对称分布；
所述阳极结构包括N型阱区14和P型阳极区15，所述N型阱区14的下表面和介质埋层2相接，N型阱区14的侧面与漂移区4接触；P型阳极区15引出阳极电极。
进一步的，所述介质槽引出端与阴极相连。
进一步的，所述介质槽引出端与栅电极相连。
本发明的有益效果为，通过引入载流子存储层，有效地降低了SOI LIGBT的导通压降，兼顾关断损耗和导通压降的折衷关系。同时，通过介质槽在正向阻断时辅助耗尽载流子存储层，使得在高浓度载流子存储层的情况下器件保持高耐压。
附图说明
图1为本发明器件的三维结构示意图；
图2为沿图1中AA’线的剖面结构示意图；
图3为沿图1中BB’线的剖面结构示意图；
图4为沿图1中CC’线的剖面结构示意图；
图5为本发明器件中介质槽引出端与阴极相连的三维结构示意图；
图6为本发明器件中介质槽引出端与栅电极相连的三维结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明器件的三维结构示意图，结合图2、图3和图4可得，本发明的器件与传统的器件结构相比，具有高浓度的载流子存储层及介质槽。
本发明的工作原理为：在正向导通时，阳极的PN结开启，向漂移区内注入空穴，空穴通过漂移区到达载流子存储层，被载流子存储层阻挡，根据电中性原理，更多的电子注入漂移区，电导调制效应增强，进而降低器件的正向导通压降。同时，引入介质槽，在物理上阻挡空穴被阴极收集，起到进一步降低正向导通压降的作用，更重要的是，在正向阻断时起到辅助耗尽载流子存储层的作用，使得在高浓度载流子存储层的情况下器件保持高耐压。
如图5所示，与图1所示的结构相比，介质槽引出端与阴极相连，具有较小的栅电容。
如图6所示，与图1所示的结构相比，介质槽引出端与栅电极相连，能够更有效地辅助耗尽载流子存储层。

Claims (3)

1.一种具有载流子存储层的槽栅SOI LIGBT器件，包括衬底层(1)及其上方的介质埋层(2)；所述介质埋层(2)的上表面沿器件水平方向依次具有阴极结构、N型半导体漂移区(4)和阳极结构；
所述阴极结构包括P型阱区(3)、P型重掺杂区(5)及N型重掺杂区(6)，P型重掺杂区(5)和N型重掺杂区(6)位于P型阱区(3)的上表面，两者相互独立且N型重掺杂区(6)位于靠近漂移区(4)的一侧；所述P型重掺杂区(5)和N型重掺杂区(6)上表面引出阴极；
其特征在于，在所述N型重掺杂区(6)与N型半导体漂移区(4)之间的P型阱区(3)上表面具有平面栅结构，沿器件纵向，在所述平面栅结构的两端具有槽栅结构，所述槽栅结构由第一导电材料(7)及其四周的第一绝缘介质(8)构成，第一绝缘介质(8)的一侧从上到下依次与N型重掺杂区(6)和P型阱区(3)的侧面接触，第一绝缘介质(8)和第一导电材料(7)的底部与介质埋层(2)接触；所述器件纵向方向为与器件水平方向和器件垂直方向均垂直的第三维度方向；
所述平面栅结构和两侧的槽栅结构形成三栅，其共同引出端为栅极；在槽栅结构靠近漂移区(4)的一侧具有介质槽，所述介质槽中填充有第二导电材料(11)及位于第二导电材料(11)四周的第二绝缘介质(12)，第二绝缘介质(12)的一侧与槽栅结构接触，另一侧与漂移区(4)接触，第二导电材料(11)及第二绝缘介质(12)的下表面与介质埋层(2)接触；所述介质槽在器件纵向方向间断分布，其间隙宽度大于槽栅结构的间隙宽度，其间隙处具有载流子存储层(13)，所述载流子存储层(13)一侧与P型阱区(3)相接，另一侧与漂移区(4)相接；所述槽栅结构和介质槽以器件横向方向的中线为对称轴，在器件纵向方向上呈对称分布；
所述阳极结构包括N型阱区(14)和P型阳极区(15)，所述N型阱区(14)的下表面和介质埋层(2)相接，N型阱区(14)的侧面与漂移区(4)接触；P型阳极区(15)引出阳极电极。
2.根据权利要求1所述的一种具有载流子存储层的SOI LIGBT器件，其特征在于，所述介质槽引出端与阴极相连。
3.根据权利要求1所述的一种具有载流子存储层的SOI LIGBT器件，其特征在于，所述介质槽引出端与栅电极相连。
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