低關(guān)斷損耗雙柵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)、P型阱區(qū)、N?buffer層、氧化層；P型阱區(qū)內(nèi)部上方設(shè)有兩個(gè)N型源端以及P型接觸區(qū)；N?buffer層內(nèi)部上方設(shè)有N型陽(yáng)極區(qū)；在N型漂移區(qū)的內(nèi)部設(shè)有N型埋層、和/或P型埋層；本發(fā)明專利技術(shù)使器件結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電阻得到降低；在關(guān)斷過(guò)程中使得V

Low switching loss dual gate SOI LIGBT device structure

The invention provides a low switching loss LIGBT dual gate SOI device structure, including P type substrate, which are sequentially arranged from the bottom of the buried oxide layer of silicon dioxide, N drift region, P type well area, N buffer layer, the oxide layer; two N source and P type contact area is equipped with internal above the P type well region; type N with N buffer anode layer above the inside; with N type within the N type drift region buried layer, and / or P type buried layer; the invention enables the device structure on resistance is reduced; in the turn off process of the V

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
低關(guān)斷損耗雙柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)
本專利技術(shù)屬于半導(dǎo)體
，具體的說(shuō)涉及一種低關(guān)斷損耗雙柵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(diǎn)。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(jì)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(shí)，N-漂移區(qū)內(nèi)儲(chǔ)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(yán)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(yáng)極附近增加Buffer場(chǎng)阻層。第一種方式對(duì)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(shí)現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于解決問(wèn)題，提供一種低關(guān)斷損耗雙柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)。為實(shí)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)、設(shè)置于N型漂移區(qū)內(nèi)部一端的P型阱區(qū)、設(shè)置于N型漂移區(qū)內(nèi)部另一端的N-buffer層、N型漂移區(qū)上方的氧化層；所述P型阱區(qū)內(nèi)部上方設(shè)有兩個(gè)N型源端、以及兩個(gè)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(yáng)極區(qū)；所述N型源端、P型接觸區(qū)以及N型陽(yáng)極區(qū)上方分別設(shè)有金屬層；所述N型源端和P型阱區(qū)間的溝道上方是柵氧層，柵氧層上方是多晶硅；在N型漂移區(qū)的內(nèi)部設(shè)有N型埋層、和/或P型埋層，P型埋層位于N型埋層下方，且所述N型埋層、P型埋層均沒(méi)有與P型阱區(qū)和N-buffer區(qū)直接連接。作為優(yōu)選方式，在N型漂移區(qū)的內(nèi)部設(shè)有至少2個(gè)N型埋層、至少2個(gè)P型埋層，N型埋層和P型埋層交替設(shè)置，形成多通道結(jié)構(gòu)；交替設(shè)置能降低導(dǎo)通電阻，并引入了多個(gè)載流子泄放通道因而能減少關(guān)斷損耗。作為優(yōu)選方式，P型埋層、N型埋層與P型阱區(qū)的距離為d，d取值大于零，距離d和P型埋層的長(zhǎng)度LPB之和小于漂移區(qū)長(zhǎng)度Ld。作為優(yōu)選方式，相鄰的N型埋層和P型埋層上下相接，每個(gè)N型埋層和P型埋層左端到P型阱區(qū)的距離相等，每個(gè)N型埋層和P型埋層右端到N-buffer層的距離相等。距離相等時(shí)PN結(jié)的界面均勻，加壓時(shí)使得電場(chǎng)分布更優(yōu)化，從而器件的耐壓性能更好。作為優(yōu)選方式，N型埋層和P型埋層同時(shí)換成相反類型材料。作為優(yōu)選方式，只設(shè)有一個(gè)N型埋層和一個(gè)P型埋層。作為優(yōu)選方式，P型埋層為分段的埋層。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型埋層的引入，器件結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電阻得到降低；由于P型埋層的引入，在關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生大電容效應(yīng)，使得VA上升的速率在P型埋層未被耗盡之前更緩慢，在P型層耗盡完全時(shí)VA劇增；在耗盡區(qū)靠近P型埋層的邊界時(shí)，由于P型埋層的引入，給在漂移區(qū)儲(chǔ)存的空穴提供了一個(gè)良好的泄放通道，導(dǎo)致儲(chǔ)存的空穴載流子排除速度加快，拖尾時(shí)間降低；所以基于這兩個(gè)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(shuō)明圖1為傳統(tǒng)的槽柵SOILIGBT器件結(jié)構(gòu)剖面圖。圖2為實(shí)施例2的器件結(jié)構(gòu)剖面圖。圖3為實(shí)施例1的器件結(jié)構(gòu)剖面圖。圖4為實(shí)施例3的器件結(jié)構(gòu)剖面圖。圖5為實(shí)施例1和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)斷特性對(duì)比圖。圖6為實(shí)施例1和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的Eoff-Von關(guān)系對(duì)比圖。圖7為實(shí)施例4的器件結(jié)構(gòu)剖面圖。其中，1為N型陽(yáng)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N型埋層，21為P型埋層。具體實(shí)施方式以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本專利技術(shù)的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本專利技術(shù)的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本專利技術(shù)還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本專利技術(shù)的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。實(shí)施例1如圖3所示，一種低關(guān)斷損耗雙柵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、設(shè)置于N型漂移區(qū)3內(nèi)部一端的P型阱區(qū)4、設(shè)置于N型漂移區(qū)3內(nèi)部另一端的N-buffer層2、N型漂移區(qū)3上方的氧化層10；所述P型阱區(qū)4內(nèi)部上方設(shè)有兩個(gè)N型源端5、以及兩個(gè)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(yáng)極區(qū)1；所述N型源端5、P型接觸區(qū)6以及N型陽(yáng)極區(qū)1上方分別設(shè)有金屬層；所述N型源端5和P型阱區(qū)4間的溝道上方是柵氧層，柵氧層上方是多晶硅7；在N型漂移區(qū)3的內(nèi)部設(shè)有一個(gè)N型埋層11，N型埋層11下方設(shè)有一個(gè)P型埋層21，且所述N型埋層11、P型埋層21均沒(méi)有與P型阱區(qū)4和N-buffer區(qū)2直接連接。P型埋層21、N型埋層11與P型阱區(qū)4的距離為d，d取值大于零，距離d和P型埋層21的長(zhǎng)度LPB之和小于漂移區(qū)長(zhǎng)度Ld。相鄰的N型埋層11和P型埋層21上下相接，每個(gè)N型埋層11和P型埋層21左端到P型阱區(qū)4的距離相等，每個(gè)N型埋層11和P型埋層21右端到N-buffer層2的距離相等。距離相等時(shí)PN結(jié)的界面均勻，加壓時(shí)使得電場(chǎng)分布更優(yōu)化，從而器件的耐壓性能更好。N型埋層11和P型埋層21可同時(shí)換成相反類型材料。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4微米，N型漂移區(qū)3的長(zhǎng)度Ld為22μm，摻雜濃度Nd為1.2e16cm-3，柵氧厚度為20nm，P型阱區(qū)4的摻雜濃度Npwell為2e17cm-3，N-buffer層2的摻雜濃度為8e17cm-3，P型埋層21距離硅層表面DNT1.2μm，與P型阱區(qū)4間隔d為0.6μm，其長(zhǎng)度LPB為21μm，厚度TPB為2μm。本實(shí)施例的工作原理為：開(kāi)態(tài)時(shí)，由于兩個(gè)柵產(chǎn)生的兩個(gè)導(dǎo)電通道，使得電流能力增強(qiáng)；由于P型埋層21的引入，在關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生大電容效應(yīng)，使得VA上升的速率在P型埋層未被耗盡之前更緩慢，在P型層耗盡完全時(shí)VA劇增至外加電壓VDD；在耗盡區(qū)靠近P型埋層21的邊界時(shí)，由于P型埋層的引入，給在漂移區(qū)儲(chǔ)存的空穴提供了一個(gè)良好的泄放通道，導(dǎo)致儲(chǔ)存的空穴載流子排除速度非常快，拖尾時(shí)間大大降低；采用電感負(fù)載L為2μH，通過(guò)實(shí)施例的仿真結(jié)果對(duì)比，如圖6所示，在電流密度為100A/cm2，開(kāi)啟電壓同為1.05V情況下，本專利技術(shù)的關(guān)斷損耗較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低了近80％。實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)施例和實(shí)施例1的區(qū)別在于：在N型漂移區(qū)3的內(nèi)部設(shè)有至少2個(gè)N型埋層11、至少2個(gè)P型埋層21，N型埋層11和P型埋層21交替設(shè)置。交替設(shè)置能降低導(dǎo)通電阻，并引入了多個(gè)載流子泄放通道因而能減少關(guān)斷損耗。相鄰的N型埋層11和P型埋層21上下相接，每個(gè)N型埋層11和P型埋層21左端到P型阱區(qū)4的距離相等，每個(gè)N型埋層11和P型埋層21右端到N-buffer層2的距離相等。距離相等時(shí)PN結(jié)的界面均勻，加壓時(shí)使得電場(chǎng)分布更優(yōu)化，從而器件的耐壓性能更好。實(shí)施例3如圖4所示，本實(shí)施例和實(shí)施例1的區(qū)別在于：在N型漂移區(qū)3的內(nèi)部只有一個(gè)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種低關(guān)斷損耗雙柵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)、設(shè)置于N型漂移區(qū)(3)內(nèi)部一端的P型阱區(qū)(4)、設(shè)置于N型漂移區(qū)(3)內(nèi)部另一端的N?buffer層(2)、N型漂移區(qū)(3)上方的氧化層(10)；所述P型阱區(qū)(4)內(nèi)部上方設(shè)有兩個(gè)N型源端(5)、以及兩個(gè)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(yáng)極區(qū)(1)；所述N型源端(5)、P型接觸區(qū)(6)以及N型陽(yáng)極區(qū)(1)上方分別設(shè)有金屬層；所述N型源端(5)和P型阱區(qū)(4)間的溝道上方是柵氧層，柵氧層上方是多晶硅(7)；其特征在于：在N型漂移區(qū)(3)的內(nèi)部設(shè)有N型埋層(11)、和/或P型埋層(21)，P型埋層(21)位于N型埋層(11)下方，且所述N型埋層(11)、P型埋層(21)均沒(méi)有與P型阱區(qū)(4)和N?buffer區(qū)(2)直接連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種低關(guān)斷損耗雙柵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)、設(shè)置于N型漂移區(qū)(3)內(nèi)部一端的P型阱區(qū)(4)、設(shè)置于N型漂移區(qū)(3)內(nèi)部另一端的N-buffer層(2)、N型漂移區(qū)(3)上方的氧化層(10)；所述P型阱區(qū)(4)內(nèi)部上方設(shè)有兩個(gè)N型源端(5)、以及兩個(gè)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(yáng)極區(qū)(1)；所述N型源端(5)、P型接觸區(qū)(6)以及N型陽(yáng)極區(qū)(1)上方分別設(shè)有金屬層；所述N型源端(5)和P型阱區(qū)(4)間的溝道上方是柵氧層，柵氧層上方是多晶硅(7)；其特征在于：在N型漂移區(qū)(3)的內(nèi)部設(shè)有N型埋層(11)、和/或P型埋層(21)，P型埋層(21)位于N型埋層(11)下方，且所述N型埋層(11)、P型埋層(21)均沒(méi)有與P型阱區(qū)(4)和N-buffer區(qū)(2)直接連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低關(guān)斷損耗雙柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：在N型漂移區(qū)(3)的內(nèi)部設(shè)有至少2個(gè)N型埋層(11)、至少...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：喬明，李路，何逸濤，楊文，張波，
申請(qǐng)(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(guó)別省市：四川,51