一種短路陽極SOILIGBT的制作方法

本發明屬于功率半導體技術領域，涉及一種短路陽極soiligbt(lateralinsulatedgatebipolartransistor，橫向絕緣柵雙極型晶體管)。

背景技術：

igbt具有場效應晶體管高速開關及電壓驅動的特性，同時具備雙極晶體管低飽和電壓的特性及易實現較大電流的能力。橫向igbt(ligbt)易于集成在功率集成電路中，尤其是soi基ligbt可完全消除體硅ligbt襯底空穴電子對注入，且采用介質隔離的soi技術易實現器件的完全電氣隔離，促使soiligbt廣泛應用于電力電子、工業自動化、航空航天等高新技術產業。

igbt在關態時，陽極區的電子勢壘迫使存儲在漂移區的載流子通過復合消失，使得igbt的關斷速度減慢。而短路陽極技術是在陽極端引入n型陽極區，存儲在漂移區內的大量電子可通過其快速抽取，電流拖尾時間減小，關斷速度加快，從而小其關斷損耗，進而也獲得導通壓降和關斷損耗的良好折衷。但短路陽極結構的引入，使得器件處于單極模式時，流經漂移區的電流均為電子電流，電子電流由n型集電區收集，形成mosfet導通模式。而當器件集電極和發射極之間電壓增大至使得集電區pn結(p型集電區與n型場截止區構成的pn結)開啟時，大量空穴開始注入漂移區發生電導調制效應，器件的正向導通電壓大幅降低，形成igbt導通模式。由于mosfet模式到igbt模式的轉換帶來的電導調制作用，給器件帶來電壓折回效應，影響器件電流分布的均勻性。本發明提出一種新型的短路陽極結構，可在小元胞尺寸下消除電壓折回效應，同時獲得低導通壓降和低關斷損耗。

技術實現要素：

本發明的目的，就是針對上述問題，提出一種具有交替np耐壓緩沖層結構的短路陽極soiligbt。

本發明的技術方案是：

一種短路陽極soiligbt，包括自下而上依次層疊設置的p襯底1、埋氧層2和頂部半導體層；沿器件橫向方向，所述的頂部半導體層從器件一側到另一側依次具有陰極結構、p阱區4、n漂移區3和陽極結構；所述陰極結構包括p+體接觸區6和n+陰極區5，所述p+體接觸區6的底部與埋氧層2接觸，所述n+陰極區5位于p阱區4上層，且n+陰極區5與p+體接觸區6和p阱區4接觸，p+體接觸區6與p阱區4接觸；p+體接觸區6和n+陰極區5的共同引出端為陰極；所述p阱區4與n漂移區3接觸；在所述n+陰極區5與n漂移區3之間的p阱區4上表面具有柵極結構；所述柵極結構包括柵介質7和覆蓋在柵介質7之上的柵多晶硅8，柵多晶硅8的引出端為柵電極；所述陽極結構包括沿器件縱向方向交替排列的p+陽極區9和n+陽極區10，所述p+陽極區9和n+陽極區10與n漂移區3和埋氧層2接觸，所述p+陽極區9和n+陽極區10的共同引出端為陽極；

其特征在于，還包括n型島區11和p型島區12，所述n型島區11和p型島區12位于p+陽極區9和n+陽極區10靠近陰極結構的一側，沿器件縱向方向，所述n型島區11和p型島區12交替排列，且n型島區11和p型島區12的底部與埋氧層2接觸。

上述方案中，所述器件橫向方向與器件縱向方向位于同一水平面且相互垂直，與器件垂直方向構成三維直角坐標系，與圖1中對應的是，器件橫向方向對應x軸，器件垂直方向對應y軸，器件縱向方向對應z軸。

進一步的，所述n型島區11和p型島區12與p+陽極區9和n+陽極區10在橫向上被n漂移區3間隔。

進一步的，所述n型島區11和p型島區12在橫向上與p+陽極區9或n+陽極區10相接觸。

進一步的，所述陽極結構中的p型島區12沿器件縱向方向上的寬度相等。

進一步的，所述p型島區12沿器件縱向方向上的寬度不相等，且其縱向間距在越靠近n+陽極區10處越大。

本發明的有益效果為，相比于傳統ligbt，具有更快的關斷速度和和損耗；相比于傳統的具有連續場截止層的短路陽極ligbt，本發明在更小的縱向元胞尺寸下消除了電壓折回現象，且易與功率集成電路的高低壓器件工藝兼容，制作成本低。

附圖說明

圖1為本發明提出的實施例1元胞結構示意圖；

圖2為本發明提出的實施例2元胞結構示意圖；

圖3為本發明提出的實施例3元胞結構示意圖；

圖4為本發明提出的實施例4元胞結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，詳細描述本發明的技術方案：

實施例1

如圖1所示，本例的結構包括自下而上依次層疊設置的p襯底1、埋氧層2和頂部半導體層；沿器件橫向方向，所述的頂部半導體層從器件一側到另一側依次具有陰極結構、p阱區4、n漂移區3和陽極結構；所述陰極結構包括p+體接觸區6和n+陰極區5，所述p+體接觸區6的底部與埋氧層2接觸，所述n+陰極區5位于p阱區4上層，且n+陰極區5與p+體接觸區6和p阱區4接觸，p+體接觸區6與p阱區4接觸；p+體接觸區6和n+陰極區5的共同引出端為陰極；所述p阱區4與n漂移區3接觸；在所述n+陰極區5與n漂移區3之間的p阱區4上表面具有柵極結構；所述柵極結構包括柵介質7和覆蓋在柵介質7之上的柵多晶硅8，柵多晶硅8的引出端為柵電極；所述陽極結構包括沿器件縱向方向交替排列的p+陽極區9和n+陽極區10，所述p+陽極區9和n+陽極區10與n漂移區3和埋氧層2接觸，所述p+陽極區9和n+陽極區10的共同引出端為陽極；還包括n型島區11和p型島區12，所述n型島區11和p型島區12位于p+陽極區9和n+陽極區10靠近陰極結構的一側，沿器件縱向方向，所述n型島區11和p型島區12交替排列，且n型島區11和p型島區12的底部與埋氧層2接觸；本例中p型島區12沿器件縱向方向上的寬度相等。

本例的工作原理為：

本例所示的器件無高濃度的場截止層，而在陽極區域引入交替分布的n型島區和p型島區，np交替結構不僅起到場截止的作用，而且使電子電流路徑的重新分配，增加了陽極分布電阻，使器件在較小電流下進入雙極模式，有效抑制電壓折回現象。

實施例2

如圖2所示，本例與實施例1的結構相比，區別在于本例中p型島區12沿器件縱向方向上的寬度不相等，可在更小的縱向元胞尺寸下消除snapback效應。

實施例3

如圖3所示，本例與實施例1的結構相比，區別在于本例中n型島區11和p型島區12與p+陽極區9和n+陽極區10是相互接觸的。

實施例4

如圖4所示，本例與實施例2的結構相比，區別在于本例中n型島區11和p型島區12與p+陽極區9和n+陽極區10是相互接觸的且p型島區12沿器件縱向方向上的寬度不相等。與實施例3相比，本例可在更小的縱向元胞尺寸下消除snapback效應。

技術特征：

技術總結
本發明屬于功率半導體技術領域，涉及一種具有交替NP耐壓緩沖層結構的短路陽極SOI?LIGBT。本發明與傳統的短路陽極LIGBT相比，無高濃度的場截止層，而在陽極區域引入交替分布的N型島區和P型島區。在正向阻斷時，P型島區完全耗盡，不全耗盡的N型島區將起到場截止的作用。器件處于單極模式導通時，受到P型島區電子勢壘阻擋，漂移區內電子電流流經N型島區，以及島區與陽極結構之間的高阻漂移區，最后被N+陽極收集。本發明的有益效果為，相比于傳統LIGBT，具有更快的關斷速度和和損耗；相比于傳統的具有連續場截止層的短路陽極LIGBT，本發明在更小的縱向元胞尺寸下消除了電壓折回現象。

技術研發人員：羅小蓉;趙哲言;鄧高強;黃琳華;孫濤;張波
受保護的技術使用者：電子科技大學
技術研發日：2017.06.07
技術公布日：2017.09.15