本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有載流子存儲(chǔ)層的槽型soiligbt。

背景技術(shù)：

ligbt是一種由橫向場(chǎng)效應(yīng)晶體管和雙極型晶體管混合而成的結(jié)構(gòu)，兼具場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單及雙極型晶體管電流密度大，飽和壓降低的優(yōu)點(diǎn)。soiligbt與標(biāo)準(zhǔn)cmos電路兼容，廣泛應(yīng)用在高壓集成電路中，其soi襯底能夠起到完全的介質(zhì)隔離作用。

高壓ligbt的電流密度能力對(duì)驅(qū)動(dòng)能力有很大的影響，因此增大其電流密度能力成為提高芯片性能，降低芯片成本的關(guān)鍵。ligbt的大電流能力源于其漂移區(qū)的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通過(guò)提高漂移區(qū)中過(guò)剩載流子濃度可以有效降低ligbt的導(dǎo)通壓降，增大導(dǎo)通電流。但在關(guān)斷時(shí)，漂移區(qū)存儲(chǔ)的大量非平衡電子空穴對(duì)需要被抽取，這些載流子因遠(yuǎn)離p型體區(qū)和n型漂移區(qū)形成的耐壓pn結(jié)，所以在ligbt關(guān)斷時(shí)無(wú)法被耗盡區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)快速掃出漂移區(qū)，造成關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)、關(guān)斷損耗大等不良影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)引入載流子存儲(chǔ)層的介質(zhì)槽有效地降低了soiligbt的導(dǎo)通壓降，同時(shí)兼顧了關(guān)斷損耗和導(dǎo)通壓降的折衷關(guān)系。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有載流子存儲(chǔ)層的槽柵soiligbt器件，包括襯底層1及其上方的介質(zhì)埋層2；所述介質(zhì)埋層2的上表面沿器件水平方向依次具有陰極結(jié)構(gòu)、n型半導(dǎo)體漂移區(qū)4和陽(yáng)極結(jié)構(gòu)；

所述陰極結(jié)構(gòu)包括p型阱區(qū)3、p型重?fù)诫s區(qū)5及n型重?fù)诫s區(qū)6，p型重?fù)诫s區(qū)5和n型重?fù)诫s區(qū)6位于p型阱區(qū)3的上表面，兩者相互獨(dú)立且n型重?fù)诫s區(qū)6位于靠近漂移區(qū)4的一側(cè)；所述p型重?fù)诫s區(qū)5和n型重?fù)诫s區(qū)6上表面引出陰極；

其特征在于，在所述n型重?fù)诫s區(qū)6與n型半導(dǎo)體漂移區(qū)4之間的p型阱區(qū)3上表面具有平面柵結(jié)構(gòu)，沿器件縱向，在所述平面柵結(jié)構(gòu)的兩端具有槽柵結(jié)構(gòu)，所述槽柵結(jié)構(gòu)由第一導(dǎo)電材料7及其四周的第一絕緣介質(zhì)8構(gòu)成，第一絕緣介質(zhì)8的一側(cè)從上到下依次與n型重?fù)诫s區(qū)6和p型阱區(qū)3的側(cè)面接觸，第一絕緣介質(zhì)8和第一導(dǎo)電材料7的底部與介質(zhì)埋層2接觸；所述器件縱向方向?yàn)榕c器件水平方向和器件垂直方向均垂直的第三維度方向；；

所述平面柵結(jié)構(gòu)和兩側(cè)的槽柵結(jié)構(gòu)形成三柵，其共同引出端為柵極；在槽柵結(jié)構(gòu)靠近漂移區(qū)4的一側(cè)具有介質(zhì)槽，所述介質(zhì)槽中填充有第二導(dǎo)電材料11及位于第二導(dǎo)電材料11四周的第二絕緣介質(zhì)12，第二絕緣介質(zhì)12的一側(cè)與槽柵結(jié)構(gòu)接觸，另一側(cè)與漂移區(qū)4接觸，第二導(dǎo)電材料11及第二絕緣介質(zhì)12的下表面與介質(zhì)埋層2接觸；所述介質(zhì)槽在第三維度方向間斷分布，其間隙寬度大于槽柵結(jié)構(gòu)的間隙寬度，其間隙處具有載流子存儲(chǔ)層13，所述載流子存儲(chǔ)層13一側(cè)與p型阱區(qū)3相接，另一側(cè)與漂移區(qū)4相接；所述槽柵結(jié)構(gòu)和介質(zhì)槽以器件橫向方向的中線(xiàn)為對(duì)稱(chēng)軸，在器件縱向方向上呈對(duì)稱(chēng)分布；

所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)包括n型阱區(qū)14和p型陽(yáng)極區(qū)15，所述n型阱區(qū)14的下表面和介質(zhì)埋層2相接，n型阱區(qū)14的側(cè)面與漂移區(qū)4接觸；p型陽(yáng)極區(qū)15引出陽(yáng)極電極。

進(jìn)一步的，所述介質(zhì)槽引出端與陰極相連。

進(jìn)一步的，所述介質(zhì)槽引出端與柵電極相連。

本發(fā)明的有益效果為，通過(guò)引入載流子存儲(chǔ)層，有效地降低了soiligbt的導(dǎo)通壓降，兼顧關(guān)斷損耗和導(dǎo)通壓降的折衷關(guān)系。同時(shí)，通過(guò)介質(zhì)槽在正向阻斷時(shí)輔助耗盡載流子存儲(chǔ)層，使得在高濃度載流子存儲(chǔ)層的情況下器件保持高耐壓。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明器件的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為沿圖1中aa’線(xiàn)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為沿圖1中bb’線(xiàn)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為沿圖1中cc’線(xiàn)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明器件中介質(zhì)槽引出端與陰極相連的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明器件中介質(zhì)槽引出端與柵電極相連的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，為本發(fā)明器件的三維結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖2、圖3和圖4可得，本發(fā)明的器件與傳統(tǒng)的器件結(jié)構(gòu)相比，具有高濃度的載流子存儲(chǔ)層及介質(zhì)槽。

本發(fā)明的工作原理為：在正向?qū)〞r(shí)，陽(yáng)極的pn結(jié)開(kāi)啟，向漂移區(qū)內(nèi)注入空穴，空穴通過(guò)漂移區(qū)到達(dá)載流子存儲(chǔ)層，被載流子存儲(chǔ)層阻擋，根據(jù)電中性原理，更多的電子注入漂移區(qū)，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)而降低器件的正向?qū)▔航?。同時(shí)，引入介質(zhì)槽，在物理上阻擋空穴被陰極收集，起到進(jìn)一步降低正向?qū)▔航档淖饔茫匾氖?，在正向阻斷時(shí)起到輔助耗盡載流子存儲(chǔ)層的作用，使得在高濃度載流子存儲(chǔ)層的情況下器件保持高耐壓。

如圖5所示，與圖1所示的結(jié)構(gòu)相比，介質(zhì)槽引出端與陰極相連，具有較小的柵電容。

如圖6所示，與圖1所示的結(jié)構(gòu)相比，介質(zhì)槽引出端與柵電極相連，能夠更有效地輔助耗盡載流子存儲(chǔ)層。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有載流子存儲(chǔ)層的槽型SOI?LIGBT。本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一、具有高濃度的載流子存儲(chǔ)層，其在正向?qū)〞r(shí)起阻擋空穴的作用，使界面附近的空穴濃度增大，根據(jù)電中性原理，更多的電子注入漂移區(qū)，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)而降低器件的正向?qū)▔航怠Ｍ瑫r(shí)，引入介質(zhì)槽，在物理上阻擋空穴被陰極收集，起到進(jìn)一步降低正向?qū)▔航档淖饔?，更重要的是，在正向阻斷時(shí)起到輔助耗盡載流子存儲(chǔ)層的作用，使得在高濃度載流子存儲(chǔ)層的情況下器件保持高耐壓；二、采用三柵結(jié)構(gòu)，提高溝道密度；三、三柵結(jié)構(gòu)與介質(zhì)槽可以同時(shí)制作，無(wú)需額外的工藝步驟。

技術(shù)研發(fā)人員：羅小蓉;孫濤;黃琳華;鄧高強(qiáng);劉慶;魏杰;歐陽(yáng)東法;周坤;張波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué);電子科技大學(xué)廣東電子信息工程研究院
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.11
技術(shù)公布日：2017.07.04