一种薄SOI短路阳极LIGBT的制作方法

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种薄soi短路阳极ligbt(lateralinsulatedgatebipolartransistor，横向绝缘栅双极型晶体管)。

背景技术：

igbt作为电力电子器件的典型代表，兼具mosfet高输入阻抗和bjt低导通压降两方面优点，其在轨道交通、智能电网、家用电器以及基站等众多领域独居优势。soi基ligbt由于采用介质隔离，其泄露电流减小，寄生电容更小，抗辐照能力更强。此外，横向igbt(ligbt)便于集成，促使soi-ligbt成为单片功率集成芯片的核心元器件。

igbt低导通压降得益于开通时漂移区内的电导调制效应，从而获得较低的导通压降和导通损耗。关断时，阳极区的电子势垒迫使存储在漂移区的载流子通过复合消失，关断速度减慢而关断损耗增加，限制igbt的高频应用。因此，导通压降和关断损耗的矛盾仍是igbt的基本问题。缓解二者矛盾关系主要有以下三种技术。其一，寿命控制技术可使漂移区内的载流子复合速度变快，减小器件关断损耗。然而，此种技术亦会使器件导通时漂移区内非平衡载流子浓度减小，导通压降上升。其二，在阴极端引入具有空穴阻挡作用的存储层，使靠近阴极端一侧的漂移区载流子浓度升高，减小导通压降，但其非平衡载流子仍需复合消失，关断速度依旧较慢。其三，短路阳极技术可加快载流子抽取，保证高电导调制效应的同时，也获得导通压降和关断损耗的良好折衷。但短路阳极结构的引入，又会给器件带来snapback效应，影响器件电流分布的均匀性。

目前ligbt多采用soi衬底。与硅衬底或者厚层soi型ligbt相比较，薄soi型ligbt具有明显的优点：硅衬底或者厚层soi型ligbt多采用结隔离技术或者深的介质隔离技术，寄生参数大，工艺实现复杂，制造成本高；薄soi型ligbt便于采用具有完全电隔离特性的介质隔离技术，隔离面积窄，寄生参数小，而且易与功率集成电路的高低压器件工艺兼容，制造成本低。

本发明提出一种新型的薄soi短路阳极结构，可在小元胞尺寸下消除snapback效应，同时获得低导通压降和低关断损耗。

技术实现要素：

本发明的目的，就是针对上述问题，提出一种薄soi短路阳极ligbt。

本发明的技术方案是：

一种薄soi短路阳极ligbt，包括自下而上依次层叠设置的p衬底1、埋氧层2和顶部半导体层；沿器件横向方向，所述的顶部半导体层从器件一侧到另一侧依次具有阴极结构、p阱区4、n漂移区3和阳极结构；所述阴极结构包括p+体接触区6和n+阴极区5，所述p+体接触区6的底部与埋氧层2接触，所述n+阴极区5位于p阱区4上层，且n+阴极区5与p+体接触区6和p阱区4接触，p+体接触区6与p阱区4接触；p+体接触区6和n+阴极区5的共同引出端为阴极；所述p阱区4与n漂移区3接触；在所述n+阴极区5与n漂移区3之间的p阱区4上表面具有栅极结构；所述栅极结构包括栅介质7和覆盖在栅介质7之上的栅多晶硅8，栅多晶硅8的引出端为栅电极；所述阳极结构包括沿器件纵向方向交替排列的p+阳极区9和n+阳极区10，所述p+阳极区9和n+阳极区10与n漂移区3和埋氧层2接触，所述p+阳极区9和n+阳极区10的共同引出端为阳极；其特征在于，还包括n型岛11，所述n型岛11位于p+阳极区9和n+阳极区10靠近阴极结构的一侧，沿器件纵向方向，所述n型岛11为间断分布排列，且n型岛11的底部与埋氧层2接触，相邻n型岛11之间为n漂移区3。

上述方案中，所述器件横向方向与器件纵向方向位于同一水平面且相互垂直，与器件垂直方向构成三维直角坐标系，与图1中对应的是，器件横向方向对应x轴，器件垂直方向对应y轴，器件纵向方向对应z轴。

进一步的，所述n型岛11与p+阳极区9和n+阳极区10在横向上被n漂移区3间隔。

进一步的，所述n型岛11与p+阳极区9和n+阳极区10接触。

更进一步的，相邻n型岛11的纵向间距相等；

更进一步的，相邻n型岛11的纵向间距不相等，且其纵向间距在越靠近n+阳极区10处越大。

本发明的有益效果为，相对于传统的短路阳极ligbt，本发明可在小元胞尺寸下抑制snapback效应，同时获得导通压降和关断损耗的良好折衷，且易与功率集成电路的高低压器件工艺兼容，制作成本低。

附图说明

图1为本发明提出的实施例1元胞结构示意图；

图2为本发明提出的实施例2元胞结构示意图；

图3为本发明提出的实施例3元胞结构示意图；

图4为本发明提出的实施例4元胞结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

实施例1

如图1所示，本例的结构包括自下而上依次层叠设置的p衬底1、埋氧层2和顶部半导体层；沿器件横向方向，所述的顶部半导体层从器件一侧到另一侧依次具有阴极结构、p阱区4、n漂移区3和阳极结构；所述阴极结构包括p+体接触区6和n+阴极区5，所述p+体接触区6的底部与埋氧层2接触，所述n+阴极区5位于p阱区4上层，且n+阴极区5与p+体接触区6和p阱区4接触，p+体接触区6与p阱区4接触；p+体接触区6和n+阴极区5的共同引出端为阴极；所述p阱区4与n漂移区3接触；在所述n+阴极区5与n漂移区3之间的p阱区4上表面具有栅极结构；所述栅极结构包括栅介质7和覆盖在栅介质7之上的栅多晶硅8，栅多晶硅8的引出端为栅电极；所述阳极结构包括沿器件纵向方向交替排列的p+阳极区9和n+阳极区10，所述p+阳极区9和n+阳极区10与n漂移区3和埋氧层2接触，所述p+阳极区9和n+阳极区10的共同引出端为阳极；还包括n型岛11，所述n型岛11位于p+阳极区9和n+阳极区10靠近阴极结构的一侧，沿器件纵向方向，所述n型岛11为间断分布排列，且n型岛11的底部与埋氧层2接触，相邻n型岛11之间为n漂移区3；本例的结构中n型岛11的纵向间距相等。

本例的工作原理为：

本例所示的器件利用间断分布的n型岛来代替传统的连续n缓冲层，保证电场截止作用的同时增大阳极区的分布电阻，使器件在低电流下就进入双极模式，有效抑制snapback效应。

实施例2

如图2所示，本例与实施例1的结构相比，区别在于本例中n型岛11的纵向间距不相等，可在更小的纵向元胞尺寸下消除snapback效应。

实施例3

如图3所示，本例与实施例1的结构相比，区别在于本例中，n型岛与p+阳极区9和n+阳极区10是相互接触的。

实施例4

如图4所示，本例与实施例1的结构相比，区别在于本例中，n型岛与p+阳极区9和n+阳极区10是相互接触的且n型岛11的纵向间距不相等。与实施例3相比，本例可在更小的纵向元胞尺寸下消除snapback效应。

技术特征：

技术总结
本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种薄SOI短路阳极LIGBT。本发明相比于传统的SOI基LIGBT，在纵向上引入与P+阳极区并列的N+阳极区，在位于P+阳极区(9)和N+阳极区(10)靠近阴极结构的一侧，又引入间断分布的N型岛。新器件在阻断状态下，N型岛不完全耗尽，可有效截止耗尽区进一步扩展，防止其穿通击穿。在开启起始阶段，电子电流流经N型岛，以及相邻N型岛之间的高阻漂移区。间断N型岛相比于传统的连续N缓冲层可增大阳极端一侧的分布电阻，使器件在较小电流下进入双极模式。本发明的有益效果为，相对于传统LIGBT，本发明具有高速度、低关断损耗的优良性能；相比于传统短路阳极LIGBT，本发明亦可在小元胞尺寸下消除snapback效应。

技术研发人员：罗小蓉;黄琳华;邓高强;周坤;魏杰;孙涛;刘庆;张波
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2017.06.07
技术公布日：2017.10.10