本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)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(shù)：

igbt具有場效應(yīng)晶體管高速開關(guān)及電壓驅(qū)動(dòng)的特性，同時(shí)具備雙極晶體管低飽和電壓的特性及易實(shí)現(xiàn)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(zhì)隔離的soi技術(shù)易實(shí)現(xiàn)器件的完全電氣隔離，促使soiligbt廣泛應(yīng)用于電力電子、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

igbt在關(guān)態(tài)時(shí)，陽極區(qū)的電子勢壘迫使存儲(chǔ)在漂移區(qū)的載流子通過復(fù)合消失，使得igbt的關(guān)斷速度減慢。而短路陽極技術(shù)是在陽極端引入n型陽極區(qū)，存儲(chǔ)在漂移區(qū)內(nèi)的大量電子可通過其快速抽取，電流拖尾時(shí)間減小，關(guān)斷速度加快，從而小其關(guān)斷損耗，進(jìn)而也獲得導(dǎo)通壓降和關(guān)斷損耗的良好折衷。但短路陽極結(jié)構(gòu)的引入，使得器件處于單極模式時(shí)，流經(jīng)漂移區(qū)的電流均為電子電流，電子電流由n型集電區(qū)收集，形成mosfet導(dǎo)通模式。而當(dāng)器件集電極和發(fā)射極之間電壓增大至使得集電區(qū)pn結(jié)(p型集電區(qū)與n型場截止區(qū)構(gòu)成的pn結(jié))開啟時(shí)，大量空穴開始注入漂移區(qū)發(fā)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，器件的正向?qū)妷捍蠓档?，形成igbt導(dǎo)通模式。由于mosfet模式到igbt模式的轉(zhuǎn)換帶來的電導(dǎo)調(diào)制作用，給器件帶來電壓折回效應(yīng)，影響器件電流分布的均勻性。本發(fā)明提出一種新型的短路陽極結(jié)構(gòu)，可在小元胞尺寸下消除電壓折回效應(yīng)，同時(shí)獲得低導(dǎo)通壓降和低關(guān)斷損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)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(jié)構(gòu)的短路陽極soiligbt。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種短路陽極soiligbt，包括自下而上依次層疊設(shè)置的p襯底1、埋氧層2和頂部半導(dǎo)體層；沿器件橫向方向，所述的頂部半導(dǎo)體層從器件一側(cè)到另一側(cè)依次具有陰極結(jié)構(gòu)、p阱區(qū)4、n漂移區(qū)3和陽極結(jié)構(gòu)；所述陰極結(jié)構(gòu)包括p+體接觸區(qū)6和n+陰極區(qū)5，所述p+體接觸區(qū)6的底部與埋氧層2接觸，所述n+陰極區(qū)5位于p阱區(qū)4上層，且n+陰極區(qū)5與p+體接觸區(qū)6和p阱區(qū)4接觸，p+體接觸區(qū)6與p阱區(qū)4接觸；p+體接觸區(qū)6和n+陰極區(qū)5的共同引出端為陰極；所述p阱區(qū)4與n漂移區(qū)3接觸；在所述n+陰極區(qū)5與n漂移區(qū)3之間的p阱區(qū)4上表面具有柵極結(jié)構(gòu)；所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)7和覆蓋在柵介質(zhì)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(jié)構(gòu)包括沿器件縱向方向交替排列的p+陽極區(qū)9和n+陽極區(qū)10，所述p+陽極區(qū)9和n+陽極區(qū)10與n漂移區(qū)3和埋氧層2接觸，所述p+陽極區(qū)9和n+陽極區(qū)10的共同引出端為陽極；

其特征在于，還包括n型島區(qū)11和p型島區(qū)12，所述n型島區(qū)11和p型島區(qū)12位于p+陽極區(qū)9和n+陽極區(qū)10靠近陰極結(jié)構(gòu)的一側(cè)，沿器件縱向方向，所述n型島區(qū)11和p型島區(qū)12交替排列，且n型島區(qū)11和p型島區(qū)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(gòu)成三維直角坐標(biāo)系，與圖1中對應(yīng)的是，器件橫向方向?qū)?yīng)x軸，器件垂直方向?qū)?yīng)y軸，器件縱向方向?qū)?yīng)z軸。

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

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

進(jìn)一步的，所述陽極結(jié)構(gòu)中的p型島區(qū)12沿器件縱向方向上的寬度相等。

進(jìn)一步的，所述p型島區(qū)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(qū)10處越大。

本發(fā)明的有益效果為，相比于傳統(tǒng)ligbt，具有更快的關(guān)斷速度和和損耗；相比于傳統(tǒng)的具有連續(xù)場截止層的短路陽極ligbt，本發(fā)明在更小的縱向元胞尺寸下消除了電壓折回現(xiàn)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(fā)明提出的實(shí)施例1元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提出的實(shí)施例2元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提出的實(shí)施例3元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明提出的實(shí)施例4元胞結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

實(shí)施例1

如圖1所示，本例的結(jié)構(gòu)包括自下而上依次層疊設(shè)置的p襯底1、埋氧層2和頂部半導(dǎo)體層；沿器件橫向方向，所述的頂部半導(dǎo)體層從器件一側(cè)到另一側(cè)依次具有陰極結(jié)構(gòu)、p阱區(qū)4、n漂移區(qū)3和陽極結(jié)構(gòu)；所述陰極結(jié)構(gòu)包括p+體接觸區(qū)6和n+陰極區(qū)5，所述p+體接觸區(qū)6的底部與埋氧層2接觸，所述n+陰極區(qū)5位于p阱區(qū)4上層，且n+陰極區(qū)5與p+體接觸區(qū)6和p阱區(qū)4接觸，p+體接觸區(qū)6與p阱區(qū)4接觸；p+體接觸區(qū)6和n+陰極區(qū)5的共同引出端為陰極；所述p阱區(qū)4與n漂移區(qū)3接觸；在所述n+陰極區(qū)5與n漂移區(qū)3之間的p阱區(qū)4上表面具有柵極結(jié)構(gòu)；所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)7和覆蓋在柵介質(zhì)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(jié)構(gòu)包括沿器件縱向方向交替排列的p+陽極區(qū)9和n+陽極區(qū)10，所述p+陽極區(qū)9和n+陽極區(qū)10與n漂移區(qū)3和埋氧層2接觸，所述p+陽極區(qū)9和n+陽極區(qū)10的共同引出端為陽極；還包括n型島區(qū)11和p型島區(qū)12，所述n型島區(qū)11和p型島區(qū)12位于p+陽極區(qū)9和n+陽極區(qū)10靠近陰極結(jié)構(gòu)的一側(cè)，沿器件縱向方向，所述n型島區(qū)11和p型島區(qū)12交替排列，且n型島區(qū)11和p型島區(qū)12的底部與埋氧層2接觸；本例中p型島區(qū)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(qū)域引入交替分布的n型島區(qū)和p型島區(qū)，np交替結(jié)構(gòu)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(jìn)入雙極模式，有效抑制電壓折回現(xiàn)象。

實(shí)施例2

如圖2所示，本例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相比，區(qū)別在于本例中p型島區(qū)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(yīng)。

實(shí)施例3

如圖3所示，本例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相比，區(qū)別在于本例中n型島區(qū)11和p型島區(qū)12與p+陽極區(qū)9和n+陽極區(qū)10是相互接觸的。

實(shí)施例4

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

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有交替NP耐壓緩沖層結(jié)構(gòu)的短路陽極SOI?LIGBT。本發(fā)明與傳統(tǒng)的短路陽極LIGBT相比，無高濃度的場截止層，而在陽極區(qū)域引入交替分布的N型島區(qū)和P型島區(qū)。在正向阻斷時(shí)，P型島區(qū)完全耗盡，不全耗盡的N型島區(qū)將起到場截止的作用。器件處于單極模式導(dǎo)通時(shí)，受到P型島區(qū)電子勢壘阻擋，漂移區(qū)內(nèi)電子電流流經(jīng)N型島區(qū)，以及島區(qū)與陽極結(jié)構(gòu)之間的高阻漂移區(qū)，最后被N+陽極收集。本發(fā)明的有益效果為，相比于傳統(tǒng)LIGBT，具有更快的關(guān)斷速度和和損耗；相比于傳統(tǒng)的具有連續(xù)場截止層的短路陽極LIGBT，本發(fā)明在更小的縱向元胞尺寸下消除了電壓折回現(xiàn)象。

技術(shù)研發(fā)人員：羅小蓉;趙哲言;鄧高強(qiáng);黃琳華;孫濤;張波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.07
技術(shù)公布日：2017.09.15