一種薄硅層soi基橫向絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管，所述橫向絕緣柵雙極型晶體管以薄硅層SOI基作為襯底，采用淺槽隔離和陽極浮空緩沖區的設計結構。這種新型薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管在保證器件較小的關斷時間的前提下，可以消除器件導通時的負阻效應，提高器件的工作穩定性；此外，該器件采用的淺槽隔離和陽極浮空緩沖區的設計結構可以采用集成電路制造工藝的淺槽隔離工藝實現，并且這種設計還可以減小器件的橫向尺寸，提高電流導通能力。
【專利說明】
一種薄硅層SO I基橫向絕緣柵雙極型晶體管
技術領域
[0001]本實用新型涉及半導體電力電子器件技術領域中的SOI基電導調制型高壓功率器件，具體是一種薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管。
【背景技術】
[0002]以絕緣體上娃(SO1:Silicon On Insulator)為襯底材料制作的橫向絕緣柵雙極型晶體管(LIGBT:Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor)，簡稱S01-LIGBT，尤其是薄硅層S01-LIGBT，是SOI高壓集成電路的一個關鍵組成部分，它具有驅動簡單，電流能力大，易于集成的優點，但是其關斷速度遠比橫向雙擴散金屬-氧化物-半導體效應晶體管(LDMOS,Lateral Double-diffused M0SFET)的關斷速度慢，導致其開關損耗較大，這影響了 SOI橫向絕緣柵雙極性晶體管在功率集成電路中的應用。
[0003]提高薄硅層S01-LIGBT器件關斷速度從而減小開關損耗的方法主要有三類:
[0004]一是降低漂移區內非平衡載流子的壽命，增加復合速率，以提高關斷速度。事實上降低漂移區內非平衡載流子壽命的同時，其非平衡載流子總數也會減小，這將導致導通電阻增大，所以這種方法存在折衷的問題；
[0005]二是控制從陽極到漂移區的少數載流子注入水平，以達到導通電阻和關斷時間的折衷；
[0006]三是在陽極區提供非平衡載流子抽出通道，在關斷時迅速減少漂移區內非平衡載流子的總數，以提高器件的關斷速度。非平衡載流子抽出通道的結構通常會影響少數載流子注入效率，即影響導通時漂移區內非平衡載流子總數，從而影響導通電阻。并且，在器件正向開啟過程中，由于載流子從LDMOS導通模式向LIGBT導通模式的轉換，導通過程中容易出現負阻效應。
[0007]本專利所提供的新結構器件屬于上述提高薄硅層S01-LIGBT器件關斷速度方法中的第三類，通過提供新穎的陽極區非平衡載流子抽出通道來減小關斷過程的損耗、優化導通電阻和關斷時間之間的約束關系，完全消除正向導通過程中的負阻效應，從而達到減小器件工作期間總損耗、提高器件工作穩定性的目的。
[0008]針對通過在陽極區提供非平衡載流子抽出通道來提高薄硅層S01-LIGBT器件關斷速度的方法，由于頂層硅非常薄(典型厚度約I?2um)，難以實現復雜的器件結構設計，現有技術中比較典型的器件結構包括常規陽極短路結構、分離陽極結構、介質隔離陽極短路結構、陽極抬高介質隔離短路結構等。現有結構中要么加工工藝復雜，要么需要較大的額外面積，器件正向導通能力弱。
【發明內容】
[0009]本實用新型的目的是解決現有技術中，加工工藝復雜，需要較大的額外面積，器件正向導通能力弱等問題。
[0010]為實現本實用新型目的而采用的技術方案是這樣的，一種薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:包括第二導電類型襯底層、絕緣介質層、第二導電類型陰極阱區、重摻雜第一導電類型陰極區、重摻雜第二導電類型陰極區、陰極接觸區、柵極接觸區、柵極介質層、第一導電類型漂移區、第一導電類型陽極緩沖區、重摻雜第二導電類型陽極區、陽極接觸區、重摻雜第一導電類型陽極區、淺槽隔離區、第二導電類型浮空區和第一導電類型陽極阱區。
[0011]所述絕緣介質層覆蓋于第二導電類型襯底層之上。
[0012]所述第二導電類型陰極阱區、第一導電類型漂移區、第一導電類型陽極緩沖區和第一導電類型陽極阱區，均覆蓋于絕緣介質層之上。
[0013]所述重摻雜第一導電類型陽極區和淺槽隔離區覆蓋于第一導電類型陽極阱區之上。
[0014]所述第二導電類型浮空區浮空于第一導電類型陽極阱區內部。
[0015]所述重摻雜第二導電類型陽極區位于第一導電類型陽極緩沖區內部。
[0016]所述陽極接觸區分別覆蓋于第二導電類型陽極區之上的部分表面和重摻雜第一導電類型陽極區之上的部分表面。
[0017]所述重摻雜第一導電類型陰極區和重摻雜第二導電類型陰極區位于第二導電類型陰極阱區的內部。
[0018]所述陰極接觸區覆蓋于重摻雜第二導電類型陰極區之上，所述陰極接觸區還覆蓋于重摻雜第一導電類型陰極區之上的部分表面。
[0019]所述柵極介質層覆蓋于重摻雜第一導電類型陰極區之上，所述柵極介質層還覆蓋于重摻雜第一導電類型陰極區和第一導電類型漂移區之上的部分表面。
[0020]所述柵極接觸區覆蓋于柵極介質層之上。
[0021]進一步，所述第二導電類型陰極阱區和第一導電類型漂移區相接觸，所述第一導電類型漂移區和第一導電類型陽極緩沖區相接觸，所述一導電類型陽極緩沖區和第一導電類型陽極阱區相接觸。
[0022]進一步，所述第二導電類型浮空區與淺槽隔離區的底部相接觸。
[0023]進一步，所述淺槽隔離區和重摻雜第一導電類型陽極區相接觸，所述淺槽隔離區和第一導電類型陽極緩沖區相接觸。
[0024]進一步，所述重摻雜第二導電類型陽極區與第一導電類型漂移區、淺槽隔離區和第一導電類型陽極阱區不接觸。
[0025]進一步，所述重摻雜第一導電類型陰極區和重摻雜第二導電類型陰極區相接觸。
[0026]進一步，所述淺槽隔離區內填絕緣介質。
[0027]值得說明的是，所述淺槽隔離區14和第二導電類型浮空區15的寬度和深度可以調節;所述第二導電類型浮空區15和第一導電類型陽極阱區16的摻雜濃度可以調節；
[0028]本實用新型的技術效果是毋庸置疑的，本實用新型具有以下優點:
[0029]所述橫向絕緣柵雙極型晶體管以薄硅層SOI基作為襯底，采用淺槽隔離和陽極浮空緩沖區的設計結構。與現有技術中的常規短路陽極薄硅層S01-LIGBT器件、分段短路陽極薄硅層S01-LIGBT器件、介質隔離陽極薄硅層S01-LIGBT器件和陽極抬高薄硅層S01-LIGBT器件等相比，所述新型薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管在保證器件較小的關斷時間的前提下，可以消除器件導通時的負阻效應，提高器件的工作穩定性;此外，該器件采用的淺槽隔離和陽極浮空緩沖區的設計結構可以采用集成電路制造工藝的淺槽隔離工藝實現，并且這種設計還可以減小器件的橫向尺寸，提高電流導通能力。
【附圖說明】
[0030]圖1為現有技術中常規短路陽極薄硅層S01-LIGBT器件的結構示意圖；
[0031]圖2為現有技術中分段短路陽極薄硅層S01-LIGBT器件的結構示意圖；
[0032]圖3為現有技術中介質隔離陽極薄硅層S01-LIGBT器件的結構示意圖；
[0033]圖4為現有技術中陽極抬高薄硅層S01-LIGBT器件的結構示意圖；
[0034]圖5為本實用新型提供的薄硅層S01-LIGBT器件實施例1結構示意圖。
[0035]圖6為本實用新型提供的薄硅層S01-LIGBT器件實施例2結構示意圖。
[0036]圖中:第二導電類型襯底層1、絕緣介質層2、第二導電類型陰極阱區3、重摻雜第一導電類型陰極區4、重摻雜第二導電類型陰極區5、陰極接觸區6、柵極接觸區7、柵極介質層
8、第一導電類型漂移區9、第一導電類型陽極緩沖區10、重摻雜第二導電類型陽極區11、陽極接觸區12、重摻雜第一導電類型陽極區13、淺槽隔離區14、第二導電類型浮空區15、第一導電類型陽極阱區16。
【具體實施方式】
[0037]下面結合實施例對本實用新型作進一步說明，但不應該理解為本實用新型上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本實用新型上述技術思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本實用新型的保護范圍內。
[0038]實施例1:
[0039]如圖5所示，一種薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管包括:P型襯底層1、絕緣介質層2、P型阱區3、N+陰極區4、P+陰極區5、陰極接觸區6、柵極接觸區7、柵極介質層8、N型漂移區9、N型陽極緩沖區10、P+型陽極區11、陽極接觸區12、N+型陽極區13、淺槽隔離區14、P+型浮空區15和N型陽極阱區16。
[0040]所述絕緣介質層2覆蓋于P型襯底層I之上;所述絕緣介質層2為2μπι厚度的二氧化娃；
[0041]所述P型阱區3、Ν型漂移區9、Ν型陽極緩沖區10和N型陽極阱區16，均覆蓋于絕緣介質層2之上的部分表面;所述N型漂移區9為Ιμπι厚度的硅，其中磷摻雜濃度沿陰極到陽極方向線性增加;所述N型陽極阱區16的摻雜濃度優選為2el6的磷雜質。
[0042]所述N+型陽極區13和淺槽隔離區14覆蓋于N型陽極阱區16之上的部分表面;所述N+型陽極區13的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的磷雜質重摻雜，優選的深度為0.3μπι;所述淺槽隔離區14的寬度優選為2μπι，深度優選為0.5μπι;所述淺槽隔離區14內填充絕緣介質層二氧化硅；
[0043]所述P+型浮空區15浮空于N型陽極阱區16內部;所述P+型浮空區15的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質重摻雜;所述P+型浮空區15的寬度優選為Um;所述P+型浮空區15的深度優選為0.3μηι;
[0044]所述P+型陽極區11位于N型陽極緩沖區10內部;所述P+型陽極區11的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質重摻雜，優選的深度為0.3μπι;
[0045]所述陽極接觸區12分別覆蓋于P+型陽極區11之上的部分表面和N+型陽極區13之上的部分表面；
[0046]所述N+陰極區4和P+陰極區5位于P型阱區3的內部;所述N+陰極區4的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的磷雜質重摻雜，優選的深度為0.3μπι;所述P+陰極區5的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質重摻雜，優選的深度為0.3μπι;
[0047]所述陰極接觸區6覆蓋于P+陰極區5之上，所述陰極接觸區6還覆蓋于N+陰極區4之上的部分表面；
[0048]所述柵極介質層8覆蓋于N+陰極區4之上，所述柵極介質層8還覆蓋于N+陰極區4和N型漂移區9之上的部分表面；
[0049]所述柵極接觸區7覆蓋于柵極介質層8之上。
[0050]相對于現有技術中制得的晶體管要達到保證器件較小的關斷時間的前提下完全消除器件導通時的負阻效應，要么所需要的額外陽極橫向尺寸大、電流導通能力弱，要么工藝實現方式復雜、工藝容差難控制。本實施例制得的晶體管制作簡單，工藝容差易控制，在保證器件較小的關斷時間的前提下能夠完全消除器件導通時的負阻效應，陽極橫向尺寸僅增加2μπι，淺槽隔離深度僅為0.5μπι，其電流導通能力強。
[0051 ] 實施例2:
[0052]如圖6所示，一種薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管包括:P型襯底層1、絕緣介質層2、Ρ型阱區3、Ν+陰極區4、Ρ+陰極區5、陰極接觸區6、柵極接觸區7、柵極介質層8、Ν型漂移區9、Ν型陽極緩沖區10、Ρ+型陽極區11、陽極接觸區12、Ν+型陽極區13、淺槽隔離區14、Ρ+型浮空區15和N型陽極阱區16。
[0053]所述絕緣介質層2覆蓋于P型襯底層I之上;所述絕緣介質層2為2μπι厚度的二氧化娃;
[0054]所述P型阱區3、Ν型漂移區9、Ν型陽極緩沖區10和N型陽極阱區16，均覆蓋于絕緣介質層2之上的部分表面;所述N型漂移區9為Ιμπι厚度的硅，其中磷摻雜濃度沿陰極到陽極方向線性增加;所述N型陽極阱區16的摻雜濃度優選為lel6的磷雜質。
[0055]所述N+型陽極區13和淺槽隔離區14覆蓋于N型陽極阱區16之上的部分表面;所述N+型陽極區13的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的磷雜質重摻雜，優選的深度為0.3μπι;所述淺槽隔離區14的寬度優選為3μπι，深度優選為0.2μπι;所述淺槽隔離區14內填充絕緣介質層二氧化硅；
[0056]所述P+型浮空區15浮空于N型陽極阱區16內部;所述P+型浮空區15的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質重摻雜;所述P+型浮空區15的寬度優選為2μπι;所述P+型浮空區15的深度優選為0.5μηι;
[0057]所述P+型陽極區11位于N型陽極緩沖區10內部;所述P+型陽極區11的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質重摻雜，優選的深度為0.3μπι;
[0058]所述陽極接觸區12分別覆蓋于P+型陽極區11之上的部分表面和N+型陽極區13之上的部分表面；
[0059]所述N+陰極區4和P+陰極區5位于P型阱區3的內部;所述N+陰極區4的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的磷雜質重摻雜，優選的深度為0.3μπι;所述P+陰極區5的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質重摻雜，優選的深度為0.3μπι;
[0060]所述陰極接觸區6覆蓋于P+陰極區5之上，所述陰極接觸區6還覆蓋于N+陰極區4之上的部分表面；
[0061]所述柵極介質層8覆蓋于N+陰極區4之上，所述柵極介質層8還覆蓋于N+陰極區4和N型漂移區9之上的部分表面；
[0062]所述柵極接觸區7覆蓋于柵極介質層8之上。
[0063]相對于現有技術中制得的晶體管要達到保證器件較小的關斷時間的前提下能夠完全消除器件導通時的負阻效應，要么所需要的額外陽極橫向尺寸大、電流導通能力弱，要么工藝實現方式復雜、工藝容差難控制。本實施例制得的晶體管制作簡單，工藝容差易控制，在保證器件較小的關斷時間的前提下能夠完全消除器件導通時的負阻效應，陽極橫向尺寸僅增加3μπι，淺槽隔離深度僅為0.2μπι，其電流導通能力強。
【主權項】
1.一種薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:包括第二導電類型襯底層(I)、絕緣介質層(2)、第二導電類型陰極阱區(3)、重摻雜第一導電類型陰極區(4)、重摻雜第二導電類型陰極區(5)、陰極接觸區(6)、柵極接觸區(7)、柵極介質層(8)、第一導電類型漂移區(9)、第一導電類型陽極緩沖區(10)、重摻雜第二導電類型陽極區(11)、陽極接觸區(12)、重摻雜第一導電類型陽極區(13)、淺槽隔離區(14)、第二導電類型浮空區(15)和第一導電類型陽極阱區(16); 所述絕緣介質層(2)覆蓋于第二導電類型襯底層(I)之上； 所述第二導電類型陰極阱區(3)、第一導電類型漂移區(9)、第一導電類型陽極緩沖區(10)和第一導電類型陽極阱區(16)，均覆蓋于絕緣介質層(2)之上； 所述重摻雜第一導電類型陽極區(13)和淺槽隔離區(14)覆蓋于第一導電類型陽極阱區(16)之上； 所述第二導電類型浮空區(15)浮空于第一導電類型陽極阱區(16)內部； 所述重摻雜第二導電類型陽極區(11)位于第一導電類型陽極緩沖區(10)內部； 所述陽極接觸區(12)分別覆蓋于第二導電類型陽極區(11)之上的部分表面和重摻雜第一導電類型陽極區(13)之上的部分表面； 所述重摻雜第一導電類型陰極區(4)和重摻雜第二導電類型陰極區(5)位于第二導電類型陰極阱區(3)的內部； 所述陰極接觸區(6)覆蓋于重摻雜第二導電類型陰極區(5)之上，所述陰極接觸區(6)還覆蓋于重摻雜第一導電類型陰極區(4)之上的部分表面； 所述柵極介質層(8)覆蓋于重摻雜第一導電類型陰極區(4)之上，所述柵極介質層(8)還覆蓋于重摻雜第一導電類型陰極區(4)和第一導電類型漂移區(9)之上的部分表面；所述柵極接觸區(7)覆蓋于柵極介質層(8)之上。2.根據權利要求1所述的一種薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:所述第二導電類型陰極阱區(3)和第一導電類型漂移區(9)相接觸，所述第一導電類型漂移區(9)和第一導電類型陽極緩沖區(10)相接觸，所述第一導電類型陽極緩沖區(10)和第一導電類型陽極阱區(16)相接觸。3.根據權利要求1所述的一種薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:所述第二導電類型浮空區(15)與淺槽隔離區(14)的底部相接觸。4.根據權利要求1所述的一種薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:所述重摻雜第二導電類型陽極區(11)與第一導電類型漂移區(9)、淺槽隔離區(14)和第一導電類型陽極阱區(16)不接觸。5.根據權利要求1所述的一種薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:所述重摻雜第一導電類型陰極區(4)和重摻雜第二導電類型陰極區(5)相接觸。6.根據權利要求1所述的一種薄硅層SOI基橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:所述淺槽隔離區(14)內填充絕緣介質。
【文檔編號】H01L29/739GK205508825SQ201620057198
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月21日
【發明人】陳文鎖, 張培健, 鐘怡, 王林凡, 肖添, 胡鏡影, 楊嬋, 王盛
【申請人】重慶中科渝芯電子有限公司, 中國電子科技集團公司第二十四研究所