一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI?LIGBT器件結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI?LIGBT器件結(jié)構(gòu)，包括P型襯底、埋氧層二氧化硅、N型漂移區(qū)、P型阱區(qū)、N?buffer層、氧化層、兩個N型源端及之間的P型接觸區(qū)、N型陽極區(qū)；源端和P型阱區(qū)間的溝道兩側(cè)是柵氧層，柵氧層旁邊是多晶硅，多晶硅位于P型阱區(qū)兩側(cè)、N?buffer層的左側(cè)；本發(fā)明專利技術(shù)擁有雙柵結(jié)構(gòu)，相同條件下有更大的電流能力，N型載流子存儲層的引入減少了空穴直接向P型阱區(qū)的注入，使載流子分布更均勻，有利于關(guān)斷時的載流子復(fù)合減少關(guān)斷時間，槽介質(zhì)二氧化硅使得N型漂移區(qū)的有效空間減少，也同時阻擋了右側(cè)的載流子的注入，形成載流子積累層；基于這兩個效應(yīng)，本發(fā)明專利技術(shù)結(jié)構(gòu)的關(guān)斷損耗得到大幅度的降低。

A low shutdown loss double groove gate SOI LIGBT device structure

The invention provides a low switching loss double groove gate SOI LIGBT device structure, including P type substrate, a buried oxide layer of silicon dioxide, N drift region, P type well area, N buffer layer, the oxide layer, two N source and P between the contact area and the N type anode region; source and P type well interval channel is on both sides of the gate oxide layer of gate oxide layer next to polysilicon, polysilicon is located on the P type well region on both sides, N buffer layer on the left side; the invention has double gate structure, a current greater ability under the same conditions, the introduction of the carrier storage layer N reduction the hole injection directly to the P type well region, the carrier distribution is more uniform, conducive to reduce the carrier recombination turn off time slot medium silica makes the effective space of N type drift region is reduced, also blocked into the right carrier, the formation of carrier accumulation layer; Based on these two effects, the switching loss of the structure of the invention is greatly reduced.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)
本專利技術(shù)屬于半導(dǎo)體
，具體的說涉及一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
高壓功率器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)與核心，其具有耐高壓、導(dǎo)通電流密度大的特點。提高功率器件的耐壓能力，降低功率器件關(guān)斷損耗是設(shè)計器件的關(guān)鍵。IGBT器件(絕緣柵雙極型晶體管器件)作為一類重要的功率半導(dǎo)體器件，在電力電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是，IGBT器件由于P-body區(qū)與N-漂移區(qū)交界處空穴注入效率較低，載流子濃度分布很低，導(dǎo)致器件的飽和壓降升高，在關(guān)斷時，N-漂移區(qū)內(nèi)儲存了大量的少數(shù)載流子，導(dǎo)致器件關(guān)斷電流拖尾現(xiàn)象嚴重，關(guān)斷損耗大。通常改善關(guān)斷損耗的方式有兩種，一種是降低載流子壽命，另一種是在陽極附近增加Buffer場阻層。第一種方式對工藝要求非常高，而第二種雖然工藝上難度不大，但降低關(guān)斷損耗的效果不夠理想。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本專利技術(shù)的目的在于提供一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)技術(shù)方案如下：一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，包括從下至上依次設(shè)置的P型襯底、埋氧層二氧化硅、N型漂移區(qū)，N型漂移區(qū)內(nèi)部一端設(shè)有P型阱區(qū)、另一端設(shè)有N-buffer層，器件表面設(shè)有氧化層，所述P型阱區(qū)內(nèi)部上方設(shè)有兩個N型源端以及兩個N型源端之間的P型接觸區(qū)；所述N-buffer層內(nèi)部上方設(shè)有N型陽極區(qū)；所述N型源端、P型接觸區(qū)以及N型陽極區(qū)上方設(shè)有金屬層；所述源端和P型阱區(qū)間的溝道左右兩側(cè)是柵氧層，兩側(cè)的柵氧層旁邊都設(shè)有多晶硅，所述多晶硅位于P型阱區(qū)的兩側(cè)、N-buffer層的左側(cè)。作為優(yōu)選方式，P型阱區(qū)和N-buffer層之間的N型漂移區(qū)內(nèi)部設(shè)有二氧化硅槽介質(zhì)；二氧化硅槽介質(zhì)位于P型阱區(qū)右側(cè)多晶硅的右側(cè)。作為優(yōu)選方式，兩個多晶硅的深度Lg相等。兩個槽柵為同一工藝。作為優(yōu)選方式，在P型阱區(qū)下方設(shè)有N型載流子儲存層。作為優(yōu)選方式，兩個多晶硅的深度Lg相等且大于N型載流子存儲層的深度Dcs。作為優(yōu)選方式，二氧化硅槽介質(zhì)的寬度Wt取值最小值為1μm。作為優(yōu)選方式，二氧化硅槽介質(zhì)右側(cè)與N-buffer層左側(cè)相接。作為優(yōu)選方式，二氧化硅槽介質(zhì)的深度為Dt，其值大于多晶硅的深度Lg，且滿足硅層厚度也即N型漂移區(qū)的厚度ts>Dt≥Lg+1um。本專利技術(shù)的有益效果為：與常規(guī)的槽柵SOI-LIGBT器件相比，本專利技術(shù)擁有雙柵結(jié)構(gòu)，在相同條件下有更大的電流能力，由于N型載流子存儲層的引入，減少了空穴直接向P型阱區(qū)的注入，使得載流子分布更均勻，有利于關(guān)斷時的載流子復(fù)合減少關(guān)斷時間，同時由于槽介質(zhì)二氧化硅的存在，使得N型漂移區(qū)的有效空間減少，也同時阻擋了右側(cè)的載流子的注入，形成載流子積累層；所以基于這兩個效應(yīng)，本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)的關(guān)斷損耗得到大幅度的降低。附圖說明圖1為傳統(tǒng)的槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)剖面圖。圖2為實施例1器件結(jié)構(gòu)剖面圖。圖3為實施例2器件結(jié)構(gòu)剖面圖圖4為實施例1和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的空穴分布對比圖。圖5為實施例1和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)斷特性對比圖。圖6為實施例1和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的Eoff-Von關(guān)系對比圖。圖7為實施例3器件結(jié)構(gòu)剖面圖。其中，1為N型陽極區(qū)，2為N-buffer層，3為N型漂移區(qū)，4為P型阱區(qū)，5為N型源端，6為P型接觸區(qū)，7為多晶硅，8為埋氧層二氧化硅，9為P型襯底，10為氧化層，11為二氧化硅槽介質(zhì)，12為N型載流子儲存層。具體實施方式以下通過特定的具體實例說明本專利技術(shù)的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本專利技術(shù)的其他優(yōu)點與功效。本專利技術(shù)還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本專利技術(shù)的精神下進行各種修飾或改變。實施例1如圖2所示，一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，包括從下至上依次設(shè)置的P型襯底9、埋氧層二氧化硅8、N型漂移區(qū)3，N型漂移區(qū)3內(nèi)部一端設(shè)有P型阱區(qū)4、另一端設(shè)有N-buffer層2，器件表面設(shè)有氧化層10，所述P型阱區(qū)4內(nèi)部上方設(shè)有兩個N型源端5以及兩個N型源端5之間的P型接觸區(qū)6；所述N-buffer層2內(nèi)部上方設(shè)有N型陽極區(qū)1；所述N型源端5、P型接觸區(qū)6以及N型陽極區(qū)1上方設(shè)有金屬層；所述源端5和P型阱區(qū)4間的溝道左右兩側(cè)是柵氧層，兩側(cè)的柵氧層旁邊都設(shè)有多晶硅7，所述多晶硅7位于P型阱區(qū)4的兩側(cè)、N-buffer層2的左側(cè)。兩個多晶硅7的深度Lg相等。兩個槽柵為同一工藝。具體地，埋氧層二氧化硅8的厚度tox為3μm，硅層厚度也即N型漂移區(qū)3的厚度ts為4μm，N型漂移區(qū)3的長度Ld為13μm，摻雜濃度Nd為2.5e15cm-3，柵氧厚度為20nm，P型阱區(qū)4的摻雜濃度Npwell為4e17cm-3，N-buffer層2的摻雜濃度為4e17cm-3，多晶硅深度Lg為2.2μm。與常規(guī)的槽柵SOI-LIGBT器件相比，本實施例擁有雙柵結(jié)構(gòu)，在相同條件下有更大的電流能力。本實施例的槽柵位于P型阱區(qū)4的兩側(cè)，使得槽柵隔離了溝道和N型漂移區(qū)3，在開態(tài)時槽柵右側(cè)會有多數(shù)載流子積累，有利于關(guān)態(tài)時少數(shù)載流子的復(fù)合，降低關(guān)斷時間。從圖5、圖6可看出，本實施例相對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)降低了關(guān)斷損耗。實施例2如圖3所示，本實施例的低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，和實施例1基本相同，區(qū)別在于：P型阱區(qū)4和N-buffer層2之間的N型漂移區(qū)3內(nèi)部設(shè)有二氧化硅槽介質(zhì)11；二氧化硅槽介質(zhì)11位于P型阱區(qū)4右側(cè)多晶硅7的右側(cè)。二氧化硅槽介質(zhì)11的寬度Wt取值最小值為1μm。優(yōu)選的，二氧化硅槽介質(zhì)11右側(cè)可以與N-buffer層2左側(cè)相接，即Ld為零。二氧化硅槽介質(zhì)11的深度為Dt，其值大于多晶硅7的深度Lg，且滿足硅層厚度也即N型漂移區(qū)3的厚度ts>Dt≥Lg+1um。具體地，埋氧層二氧化硅8的厚度tox為3μm，硅層厚度也即N型漂移區(qū)3的厚度ts為4μm，N型漂移區(qū)3的長度Ld為13μm，摻雜濃度Nd為2.5e15cm-3，柵氧厚度為20nm，P型阱區(qū)4的摻雜濃度Npwell為4e17cm-3，N-buffer層2的摻雜濃度為4e17cm-3，多晶硅深度Lg為2.2μm，二氧化硅槽介質(zhì)11的深度Dt為3.2μm，長度Wt為1μm。本實施例的工作原理為：開態(tài)時，右側(cè)的槽柵對多數(shù)載流子有阻擋作用，使得其在槽柵右側(cè)積累，關(guān)斷時的時間明顯的降低導(dǎo)致關(guān)斷損耗降低；采用電感負載L為2μH，通過實施例的仿真結(jié)果對比，在200A/cm2電流密度下，當(dāng)開啟電壓同為1.1V時，本實施例結(jié)構(gòu)的關(guān)斷損耗比常規(guī)槽柵結(jié)構(gòu)低百分之七十多。由于槽介質(zhì)二氧化硅11的存在，使得N型漂移區(qū)3的有效空間減少，也同時阻擋了右側(cè)的載流子的注入，形成載流子積累層；與常規(guī)的槽柵SOI-LIGBT器件相比，本實施例的槽柵位于P型阱區(qū)4的兩側(cè)，使得槽柵隔離了溝道和N型漂移區(qū)3，在開態(tài)時槽柵右側(cè)會有多數(shù)載流子積累，有利于關(guān)態(tài)時少數(shù)載流子的復(fù)合，降低關(guān)斷時間；槽介質(zhì)二氧化硅11占據(jù)了大部分N型漂移區(qū)3，槽柵比體硅更耐壓，且使得開態(tài)時積累的少數(shù)載流子變少同樣可以大量的降低關(guān)斷的時間。通過上述兩個效應(yīng)，本實施例結(jié)構(gòu)的關(guān)斷損耗得到大幅度的降低。實本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI?LIGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括從下至上依次設(shè)置的P型襯底(9)、埋氧層二氧化硅(8)、N型漂移區(qū)(3)，N型漂移區(qū)(3)內(nèi)部一端設(shè)有P型阱區(qū)(4)、另一端設(shè)有N?buffer層(2)，器件表面設(shè)有氧化層(10)，所述P型阱區(qū)(4)內(nèi)部上方設(shè)有兩個N型源端(5)以及兩個N型源端(5)之間的P型接觸區(qū)(6)；所述N?buffer層(2)內(nèi)部上方設(shè)有N型陽極區(qū)(1)；所述N型源端(5)、P型接觸區(qū)(6)以及N型陽極區(qū)(1)上方設(shè)有金屬層；所述源端(5)和P型阱區(qū)(4)間的溝道左右兩側(cè)是柵氧層，兩側(cè)的柵氧層旁邊都設(shè)有多晶硅(7)，所述多晶硅(7)位于P型阱區(qū)(4)的兩側(cè)、N?buffer層(2)的左側(cè)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括從下至上依次設(shè)置的P型襯底(9)、埋氧層二氧化硅(8)、N型漂移區(qū)(3)，N型漂移區(qū)(3)內(nèi)部一端設(shè)有P型阱區(qū)(4)、另一端設(shè)有N-buffer層(2)，器件表面設(shè)有氧化層(10)，所述P型阱區(qū)(4)內(nèi)部上方設(shè)有兩個N型源端(5)以及兩個N型源端(5)之間的P型接觸區(qū)(6)；所述N-buffer層(2)內(nèi)部上方設(shè)有N型陽極區(qū)(1)；所述N型源端(5)、P型接觸區(qū)(6)以及N型陽極區(qū)(1)上方設(shè)有金屬層；所述源端(5)和P型阱區(qū)(4)間的溝道左右兩側(cè)是柵氧層，兩側(cè)的柵氧層旁邊都設(shè)有多晶硅(7)，所述多晶硅(7)位于P型阱區(qū)(4)的兩側(cè)、N-buffer層(2)的左側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：P型阱區(qū)(4)和N-buffer層(2)之間的N型漂移區(qū)(3)內(nèi)部設(shè)有二氧化硅槽介質(zhì)(11)；二氧化硅槽介質(zhì)(11)位于P型阱區(qū)(4)右側(cè)多晶硅(7)的右側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：喬明，李路，丁柏浪，何逸濤，楊文，張波，
申請(專利權(quán))人：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，
類型：發(fā)明
國別省市：四川,51