CN115036356A - 一种逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管 - Google Patents
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Abstract
本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管。本发明器件内存在阴极短路P‑i‑N二极管结构，将器件分为两个部分，下半部分与常规绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管类似，而上半部分为阴极短路的P‑i‑N二极管结构，因此的话，本发明器件利用上半部分进行逆向导通，同时利用下半部分进行正向导通，器件正反向导通路径分离，从而消除了电压折回现象，并且改善了器件的正向导通压降。
Description
技术领域
本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管。
背景技术
绝缘体上硅横向绝缘栅双极晶体管即SOI-LIGBT是智能功率集成电路中一个非常重要的元器件。但是常规SOI-LIGBT器件为单向导通器件，不具备逆向导通电流能力。但是在大多数应用中，需要其具备逆向导通能力，因此逆导型SOI-LIGBT被提出。逆导型SOI-LIGBT通过在常规SOI-LIGBT的阳极侧引入N+阳极结构，从而将P-i-N二极管集成在了器件内部。但是引入的N+阳极结构会带来电压折回现象并且导致器件正向导通压降较大，这限制了逆导型器件的性能。
发明内容
本发明的目的，就是针对这一问题，提出一种逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管结构。
本发明的技术方案：一种逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管，其元胞结构包括P型衬底1、在P型衬底1上的埋氧2、在埋氧2上的第一N型外延层3以及位于第一N型外延层3上表面的沟槽栅极结构、阳极结构以及阴极结构；
所述沟槽栅极结构由绝缘介质7和位于绝缘介质7之中的导电材料6构成；所述导电材料6的引出端为器件的栅极G；所述沟槽栅从器件表面垂直穿过第一P型阱区8后延伸入第一N型外延层3中；
所述阴极结构由第一P型阱区8、N+阴极9、P+阴极11以及阴极金属10构成；所述第一P型阱区8位于第一N型外延层3的上表面，其侧面与绝缘介质7接触；所述N+阴极9和P+阴极11并列位于第一P型阱区8上表面，且N+阴极9的侧面与绝缘介质7接触；所述阴极金属10位于N+阴极9以及P+阴极11的上表面，引出端为器件的阴极K；
所述阳极结构由第一N型缓冲层4、P+阳极5以及阳极金属18构成；所述第一N型缓冲层4位于第一N型外延层3的上表面；所述P+阳极5位于第一N型缓冲层4的上表面；所述阳极金属18位于P+阳极5的上表面，引出端为器件的阳极A；
在第一N型外延层3的上表面，并且在阳极结构和阴极结构之间，具有利用氧化层隔离的阴极短路P-i-N二极管结构，由槽型隔离氧化层14、第二N型外延层13、第二P型阱区12、第二N型缓冲层15、二极管N+阴极16以及二极管P+阴极17构成；所述槽型隔离氧化层14位于第一N型外延层3的上表面，槽型隔离氧化层14的一侧与第一P型阱区8的侧面、P+阴极11的侧面和阴极金属10的底部接触，另一侧与第一N型缓冲层4的侧面、P+阳极5的侧面和阳极金属18的底部接触；所述第二N型外延层13位于槽型隔离氧化层14上表面；所述第二P型阱区12位于第二N型外延层13的一侧，第二P型阱区12的上表面与阴极金属10接触，侧面与靠近阴极的槽型隔离氧化层14侧面接触；所述第二N型缓冲层15位于第二N型外延层13的另一侧，第二N型缓冲层15的侧面与靠近阳极的槽型隔离氧化层14侧面接触；所述二极管N+阴极16和二极管P+阴极17并列位于第二N型缓冲层15的上表面，二极管N+阴极16和二极管P+阴极17的上表面与阳极金属18接触，且二极管P+阴极17的侧面与槽型隔离氧化层14接触。
本发明的有益效果为，本发明器件利用槽型氧化层合理了正向导通与反向导通的路径，从而消除了电压折回现象，并且改善了器件的正向导通压降。
附图说明
图1是本发明逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的器件剖面结构图；
图2是本发明逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的等效电路图；
图3是常规绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的器件剖面结构图；
图4是常规绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的等效电路图；
图5是常规逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的器件剖面结构图；
图6是常规逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的等效电路图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
图1为本发明提出的一种逆导型横向绝缘栅双极型晶体管器件结构，其等效电路图如图2所示，从图中可以看出，器件被槽型氧化层14分成了上下两部分，下半部分与图3所示的常规绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管类似，而上半部分为阴极短路的P-i-N二极管结构。因此的话，本发明器件利用上半部分进行逆向导通，同时利用下半部分进行正向导通，器件正反向导通路径分离。
图3为常规绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管，由于阳极侧PN结的存在，因此其不具备逆向导通电流能力。图4为常规逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管，与图3结构相比较，其在阳极侧引入了N+阳极结构，从而在体内集成了P-i-N二极管结构，实现了逆导功能。但是在阳极侧引入了的N+阳极结构会导致器件在正向导通时先导通在单极型导通模式，随着阳极电压的增加，器件P+阳极/N型缓冲层这个结开启，器件才进入双极型导通模式这不仅导致较大的器件导通压降，并且从单极型导通模式向双极型导通模式的切换会带来器件导通电阻的急剧下降，从而出现电压折回现象，这十分不利于器件的应用。而本发明的新结构，由于N+阳极结构不在正向导通路径中，因此新结构器件完全不存在电压折回现象。并且由于槽型氧化层14可以减小了第一P型阱区8在正向导通路径中的面积，从而减少了空穴载流子的抽取，器件电导调制效应增强，本发明新结构器件导通压降相对于常规逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管降低。本发明新结构反向导通时完全由器件上半部分的P-i-N二极管导通，由于此二极管结构中不存在寄生的NPN晶体管，因此其阳极浓度可以尽量降低以减小空穴的注入，又由于本发明结构反向导通路径的长度与宽度都小于图5所示的常规逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管结构，因此的话在本发明结构的反向恢复电荷可以极大地降低。
Claims (1)
1.一种逆导型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管，其元胞结构包括P型衬底(1)、在P型衬底(1)上的埋氧(2)、在埋氧(2)上的第一N型外延层(3)以及位于第一N型外延层(3)上表面的沟槽栅极结构、阳极结构以及阴极结构；
所述沟槽栅极结构由绝缘介质(7)和位于绝缘介质(7)之中的导电材料(6)构成；所述导电材料(6)的引出端为器件的栅极(G)；所述沟槽栅从器件表面垂直穿过第一P型阱区(8)后延伸入第一N型外延层(3)中；
所述阴极结构由第一P型阱区(8)、N+阴极(9)、P+阴极(11)以及阴极金属(10)构成；所述第一P型阱区(8)位于第一N型外延层(3)的上表面，其侧面与绝缘介质(7)接触；所述N+阴极(9)和P+阴极(11)并列位于第一P型阱区(8)上表面，且N+阴极(9)的侧面与绝缘介质(7)接触；所述阴极金属(10)位于N+阴极(9)以及P+阴极(11)的上表面，引出端为器件的阴极(K)；
所述阳极结构由第一N型缓冲层(4)、P+阳极(5)以及阳极金属(18)构成；所述第一N型缓冲层(4)位于第一N型外延层(3)的上表面；所述P+阳极(5)位于第一N型缓冲层(4)的上表面；所述阳极金属(18)位于P+阳极(5)的上表面，引出端为器件的阳极(A)；
其特征在于，在第一N型外延层(3)的上表面，并且在阳极结构和阴极结构之间，具有利用氧化层隔离的阴极短路P-i-N二极管结构，由槽型隔离氧化层(14)、第二N型外延层(13)、第二P型阱区(12)、第二N型缓冲层(15)、二极管N+阴极(16)以及二极管P+阴极(17)构成；所述槽型隔离氧化层(14)位于第一N型外延层(3)的上表面，槽型隔离氧化层(14)的一侧与第一P型阱区(8)的侧面、P+阴极(11)的侧面和阴极金属(10)的底部接触，另一侧与第一N型缓冲层(4)的侧面、P+阳极(5)的侧面和阳极金属(18)的底部接触；所述第二N型外延层(13)位于槽型隔离氧化层(14)上表面；所述第二P型阱区(12)位于第二N型外延层(13)的一侧，第二P型阱区(12)的上表面与阴极金属(10)接触，侧面与靠近阴极的槽型隔离氧化层(14)侧面接触；所述第二N型缓冲层(15)位于第二N型外延层(13)的另一侧，第二N型缓冲层(15)的侧面与靠近阳极的槽型隔离氧化层(14)侧面接触；所述二极管N+阴极(16)和二极管P+阴极(17)并列位于第二N型缓冲层(15)的上表面，二极管N+阴极(16)和二极管P+阴极(17)的上表面与阳极金属(18)接触，且二极管P+阴极(17)的侧面与槽型隔离氧化层(14)接触。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115274828A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-11-01 | 深圳芯能半导体技术有限公司 | 一种rc-ligbt器件及其制备方法、芯片 |
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