CN106298900A - 一种高速soi‑ligbt - Google Patents
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Abstract
本发明属于功率半导体技术领域,具体涉及一种高速SOI‑LIGBT。本发明相对于传统的LIGBT,新器件在P+集电区附近引入一个N+集电区,并通过多晶硅电阻区将N+集电区和集电极连接。新器件在关断时,N+集电区和多晶硅电阻区为存储在漂移区内的电子提供泄放通道,新器件的关断速度加快。本发明相对于传统的短路阳极LIGBT,P+集电区/N缓冲区二极管导通所需的电压主要取决于多晶硅电阻区上的压降。减小多晶硅电阻区的掺杂浓度或者尺寸即可控制器件进入双极模式,有效抑制Snapback效应。本发明的有益效果为,相对于传统LIGBT,本发明高速度、低关断损耗的优良性能;相比于传统的短路阳极‑LIGBT,本发明采用易于集成多晶硅电阻来抑制Snapback效应,工艺简单易行,且器件参数设计简单灵活。
Description
技术领域
本发明属于功率半导体技术领域,涉及一种高速SOI-LIGBT(Lateral InsulatedGate Bipolar Transistor,横向绝缘栅双极型晶体管)。
背景技术
IGBT作为一种双极型半导体功率器件,既有MOSFET输入阻抗高和驱动简单的优点,又有BJT电流密度高和低导通压降的优势,在高压大电流领域是其它的功率器件无法比拟的,这些优势促使IGBT在交通运输、智能电网和家用电器等众多领域独具优势。LIGBT由于可以与COMS工艺良好兼容,且SOI技术具有泄漏电流小,便于隔离等优势,因此,SOILIGBT是单片功率集成芯片的核心元器件。LIGBT低的导通压降得益于漂移区内的电导调制效应。器件导通状态下,漂移区内存储大量电子空穴对,致使其导通压降降低。然而,在器件关断时,空穴可以通过发射极端的体接触区流出,而电子在集电极端没有泄放通道,电子消失主要靠与空穴的复合,这使器件拖尾电流变长、关断速度变慢和关断损耗变大。
为了解决LIGBT长拖尾电流问题,通常的做法是在P+集电区附近增加一个N+集电区,这样电子就可以通过N+集电区高速抽取出,器件关断速度被大大的加快。这种器件被称为短路阳极LIGBT(SA-LIGBT,Shorted Anode LIGBT)。SA-LIGBT带来一个严重的问题就是Snapback效应。一般的解决办法都是通过增大MOS模式下电子电流路径上P+集电区与N+集电区之间的电阻来克服Snapback效应。文献Juti-Hoon Chum,Dae-Seok Byeon,Jae-KeunOh.,Min-Koo Han and Ysaln-lk Choi,【A Fast-Switching SOI SA-LIGBT without NDRregion】提出的SSA-LIGBT就是利用P+集电区和N+集电区中间高电阻率漂移区来产生足够高的压降,使P+集电区/N缓冲区二极管在较低的电压下就发生电导调制效应,有效抑制Snapback效应,如图1所示。但是,SSA-LIGBT需要P+集电区和N+集电区之间有足够长的漂移区才能有效消除Snapback效应,这极大的增加芯片面积和限制器件的电流密度。为了解决这以问题,文献Long Zhang,Jing Zhu,Weifeng Sun,Yicheng Du,Hui Yu,,Keqin Huangand Longxing Shi,【A High Current Density SOI-LIGBT with Segmented Trenches inthe Anode Region for Suppressing Negative Differential Resistance Regime】在SSA-LIGBT的P+集电区和N+集电区之间***一个中间留有缝隙的隔离槽,从而增加电子路径上的电阻,减小P+集电区和N+集电区之间的距离,如图2所示。虽然这种方法可以消除Snapback效应,但是深槽制作会增加工艺难度和加工成本。此外,深槽处于集电极端,热载流子注入比较严重,将影响器件的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明的目的,就是针对上述问题,提出一种高速SOI-LIGBT。
本发明的技术方案是:一种高速SOI-LIGBT,包括自下而上的P衬底1、埋氧化层2和SOI层;所述的SOI层包括发射极结构、栅极结构、N漂移区3和集电极结构;所述发射极结构和集电极结构位于N漂移区3两侧;所述的发射极结构包括P阱区4、N+发射区5和P+体接触区6,N+发射区5和P+体接触区6位于P阱区4上表面,且N+发射区5位于靠近N漂移区一侧,N+发射区5和P+体接触区6的共同引出端为发射极;所述的栅极结构包括栅氧化层7和覆盖在栅氧化层7上的栅多晶硅8,栅氧化层7位于P阱区4之上且与N+发射区5和N漂移区3在有部分交叠,栅多晶硅8的引出端为栅电极;所述的集电极结构包括N缓冲区9、N+集电区10和位于N缓冲区9表面的P+集电区11,以及位于SOI层之上的绝缘层12和多晶硅电阻区13,N+集电区10位于远离N漂移区3结构一侧,多晶硅电阻区13覆盖在绝缘层12之上;所述的多晶硅电阻区13一侧通过导电材料14与N+集电区10电气连接,另一侧和P+集电区11的共同引出端为集电极。
进一步的,所述的N+集电区10和P+集电区11均位于N缓冲区9表面。
进一步的,所述的P+集电区11位于N缓冲区9表面,N+集电区10位于N漂移区3表面。
本发明的有益效果为,相对于传统的LIGBT,本发明实现高速、低功耗的优良性能;相比于传统的SA-LIGBT,本发明开辟了抑制Snapback效应的新途径,器件参数设计更加简单灵活。
附图说明
图1为传统的SSA-LIGBT结构示意图;
图2为在SSA-LIGBT的P+集电区和N+集电区之间***一个中间留有缝隙的隔离槽后的结构示意图;
图3为本发明提出的实施例1元胞结构示意图;
图4为本发明提出的实施例2元胞结构示意图;
图5为本发明结构的等效电路图;
图6为本发明结构与传统LIGBT关断电流对比示意图;
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,本例包括自下而上的P衬底1、埋氧化层2和SOI层;所述的SOI层包括发射极结构、栅极结构、N漂移区3和集电极结构;所述发射极结构和集电极结构位于N漂移区3两侧;所述的发射极结构包括P阱区4、N+发射区5和P+体接触区6,N+发射区5和P+体接触区6位于P阱区4上表面,且N+发射区5位于靠近N漂移区一侧,N+发射区5和P+体接触区6的共同引出端为发射极;所述的栅极结构包括栅氧化层7和覆盖在栅氧化层7上的栅多晶硅8,栅氧化层7位于P阱区4之上且与N+发射区5和N漂移区3在有部分交叠,栅多晶硅8的引出端为栅电极;所述的集电极结构包括N缓冲区9、N+集电区10和位于N缓冲区9表面的P+集电区11,以及位于SOI层之上的绝缘层12和多晶硅电阻区13,N+集电区10位于远离N漂移区3结构一侧,多晶硅电阻区13覆盖在绝缘层12之上;所述的多晶硅电阻区13一侧通过导电材料14与N+集电区10电气连接,另一侧和P+集电区11的共同引出端为集电极。
本例的工作原理为:
新器件正向导通时,电子从MOS沟道进入漂移区,流经N缓冲区从N+集电区进入多晶硅电阻区,再从集电极流出。电子流经N缓冲区和高电阻率多晶硅电阻区产生足够高的压降,使P+集电区往漂移区内注入空穴,从而发生电导调制效应,使器件在低电压下就进入双极模式,有效的消除Snapback效应。新器件在关断时,空穴被高速抽取并从发射极流出,电子通过N+集电区和多晶硅电阻区泄放掉,无需与空穴复合消失,极大的加快新器件的关断速度、降低其关断损耗。
实施例2
与实施例1相比,本例中P+集电区11位于N缓冲区9表面,N+集电区10位于N漂移区3表面;本例有效缓解多晶硅电阻区抑制Snapback效应压力,可适当提高多晶硅电阻区掺杂。
Claims (3)
1.一种高速SOI-LIGBT,包括自下而上的P衬底(1)、绝缘介质埋层(2)和顶部半导体层;所述的顶部半导体层包括发射极结构、栅极结构、N漂移区(3)和集电极结构;所述的发射极结构包括P阱区(4)、N+发射区(5)和P+体接触区(6),N+发射区(5)和P+体接触区(6)位于P阱区(4)上表面,且N+发射区(5)位于靠近N漂移区一侧,N+发射区(5)和P+体接触区(6)的共同引出端为发射极;所述的栅极结构包括栅氧化层(7)和覆盖在栅氧化层(7)上的栅多晶硅(8),栅氧化层(7)位于P阱区(4)之上且两端分别与N+发射区(5)和N漂移区(3)有部分交叠,栅多晶硅(8)的引出端为栅电极;所述的集电极结构包括N缓冲区(9)、N+集电区(10)和位于N缓冲区(9)上表面的P+集电区(11),以及位于顶部半导体层之上的绝缘层(12)和多晶硅电阻区(13),N+集电区(10)位于远离发射极结构一侧,多晶硅电阻区(13)覆盖在绝缘层(12)之上;所述的多晶硅电阻区(13)一侧通过导电材料(14)与N+集电区(10)电气连接,另一侧和P+集电区(11)的共同引出端为集电极。
2.根据权利要求1所述的一种高速SOI-LIGBT,其特征在于,所述的N+集电区(10)和P+集电区(11)均位于N缓冲区(9)表面。
3.根据权利要求1所述的一种高速SOI-LIGBT,其特征在于,所述的P+集电区(11)位于N缓冲区(9)表面,N+集电区(10)位于N漂移区(3)表面。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106684135A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-05-17 | 电子科技大学 | 一种高可靠性的soi‑ligbt |
CN107068744A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-08-18 | 电子科技大学 | 一种横向绝缘栅双极型晶体管 |
CN109148293A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-04 | 江苏中科君芯科技有限公司 | 横向rc-igbt器件及其制造方法 |
CN110459609A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-11-15 | 电子科技大学 | 一种短路阳极薄层高压功率器件 |
CN111769159A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-13 | 重庆邮电大学 | 一种具有多晶硅电子通道的sa-ligbt器件 |
CN112687681A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-20 | 电子科技大学 | 一种具有集成nmos管的ligbt器件 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070158678A1 (en) * | 2005-12-30 | 2007-07-12 | Cambridge Semiconductor Limited | Semiconductor device and method of forming a semiconductor device |
CN104425579A (zh) * | 2013-08-28 | 2015-03-18 | 无锡华润上华半导体有限公司 | 绝缘体上硅反向导通横向绝缘栅双极晶体管及其制备方法 |
CN104795438A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-07-22 | 电子科技大学 | 一种能抑制负阻效应的sa-ligbt |
-
2016
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070158678A1 (en) * | 2005-12-30 | 2007-07-12 | Cambridge Semiconductor Limited | Semiconductor device and method of forming a semiconductor device |
CN104425579A (zh) * | 2013-08-28 | 2015-03-18 | 无锡华润上华半导体有限公司 | 绝缘体上硅反向导通横向绝缘栅双极晶体管及其制备方法 |
CN104795438A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-07-22 | 电子科技大学 | 一种能抑制负阻效应的sa-ligbt |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106684135A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-05-17 | 电子科技大学 | 一种高可靠性的soi‑ligbt |
CN106684135B (zh) * | 2017-01-10 | 2019-04-26 | 电子科技大学 | 一种高可靠性的soi-ligbt |
CN107068744A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-08-18 | 电子科技大学 | 一种横向绝缘栅双极型晶体管 |
CN109148293A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-04 | 江苏中科君芯科技有限公司 | 横向rc-igbt器件及其制造方法 |
CN109148293B (zh) * | 2018-08-22 | 2022-04-22 | 江苏中科君芯科技有限公司 | 横向rc-igbt器件及其制造方法 |
CN110459609A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-11-15 | 电子科技大学 | 一种短路阳极薄层高压功率器件 |
CN110459609B (zh) * | 2019-08-29 | 2020-09-15 | 电子科技大学 | 一种短路阳极薄层高压功率器件 |
CN111769159A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-13 | 重庆邮电大学 | 一种具有多晶硅电子通道的sa-ligbt器件 |
CN111769159B (zh) * | 2020-07-09 | 2024-05-28 | 重庆邮电大学 | 一种具有多晶硅电子通道的sa-ligbt器件 |
CN112687681A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-20 | 电子科技大学 | 一种具有集成nmos管的ligbt器件 |
CN112687681B (zh) * | 2020-12-29 | 2023-05-02 | 电子科技大学 | 一种具有集成nmos管的ligbt器件 |
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