專利名稱：一種高速橫向soi絕緣柵雙極性晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的半導(dǎo)體高壓器件，尤其涉及在SOI(SiliconOnInsulator,絕緣層上的硅)上制造的電導(dǎo)調(diào)制型高壓功率器件。
背景技術(shù)：
橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管(SOI IGBT， SOI Insulated GateBipolarTransistor)作為SOI高壓集成電路的關(guān)鍵組成部分，具有電流能力高，且易于集成的優(yōu)點(diǎn)，但是其開關(guān)速度遠(yuǎn)比橫向雙擴(kuò)散金氧半場(chǎng)效晶體管(LDMOS， LateralDouble-diffused MOSFET)的關(guān)斷速度慢，并且由于橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管存在的電流拖尾，導(dǎo)致其開關(guān)損耗較大，這影響了橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管在功率集成電路中的應(yīng)用。 現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的橫向SOI IGBT的結(jié)構(gòu)如圖l，其結(jié)構(gòu)包括依次層疊的襯底13、埋氧層3和N基區(qū)6，以及位于N基區(qū)6之上由P體區(qū)4、 N+陰極區(qū)5、陰極1組成的陰極區(qū)，由N緩沖區(qū)9、 P+陽(yáng)極10和陽(yáng)極11組成的陽(yáng)極區(qū)，由柵極12和場(chǎng)氧化層14組成的柵極區(qū)，陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)分別位于N基區(qū)6的兩端，在N基區(qū)6的之上的中間還貼附有場(chǎng)氧化層14。導(dǎo)致橫向SOI IGBT關(guān)斷速度慢的根本原因在于N基區(qū)6內(nèi)非平衡載流子的存貯，在正向?qū)ǖ臅r(shí)候，P+陽(yáng)極10向N緩沖區(qū)9和N基區(qū)6大注入空穴。從而N基區(qū)6中參與導(dǎo)電的為非平衡空穴和非平衡電子，這些非平衡載流子在輸運(yùn)時(shí)滿足雙極輸運(yùn)理論，故而可以大大降低器件導(dǎo)通時(shí)的正向壓降。但是，在器件關(guān)斷的瞬間，N基區(qū)6內(nèi)存儲(chǔ)的大量非平衡載流子卻使得器件的關(guān)斷速度變慢。提高此類橫向SOIIGBT的關(guān)斷速度的方法有三種一是降低N基區(qū)6內(nèi)非平衡載流子的壽命，增加復(fù)合速度，以提高關(guān)斷速度。事實(shí)上降低基區(qū)非平衡載流子壽命的同時(shí)基區(qū)的非平衡載流子總數(shù)也會(huì)減小，這將導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增大，所以這種方法存在折衷的問(wèn)題。二是控制陽(yáng)極區(qū)的P+N結(jié)空穴注入水平，以達(dá)到導(dǎo)通電阻和關(guān)斷時(shí)間的折衷。三是在陽(yáng)極區(qū)提供非平衡電子抽出的通道，在關(guān)斷時(shí)迅速減少N基區(qū)6內(nèi)非平衡載流子的總數(shù)，以提高器件的關(guān)斷速度。但是，目前非平衡電子抽出的通道的結(jié)構(gòu)都會(huì)影響陽(yáng)極注入效率，即影響導(dǎo)通時(shí)基區(qū)非平衡載流子總數(shù)，從而影響導(dǎo)通電阻。所以一般的觀點(diǎn)認(rèn)為，橫向SOI IGBT的導(dǎo)通電阻和關(guān)斷時(shí)間存在一個(gè)折衷關(guān)系。
現(xiàn)有技術(shù)中的一種陽(yáng)極短路結(jié)構(gòu)的SOI IGBT如圖2所示，該方案在如圖l所示的橫向SOI IGBT的結(jié)構(gòu)上的P+陽(yáng)極10內(nèi)增加了 K陽(yáng)極19。 N+陽(yáng)極19在關(guān)斷時(shí)提供了一
個(gè)非平衡載流子的抽出通道，但是它也大大降低陽(yáng)極注入效率，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增大。
現(xiàn)有技術(shù)中的另一種輔助陽(yáng)極開關(guān)結(jié)構(gòu)的SOI IGBT如圖3所示，該方案在如圖1所示的橫向SOI IGBT的結(jié)構(gòu)上的陽(yáng)極區(qū)之上增加了陽(yáng)極輔助柵12，陽(yáng)極輔助柵氧化層20貼附于陽(yáng)極區(qū)之上。在器件導(dǎo)通時(shí)陽(yáng)極輔助柵12下的溝道不導(dǎo)通，以保證有大的注入效率。在器件關(guān)斷時(shí)，通過(guò)給陽(yáng)極輔助柵12加偏置電壓使得下面的溝道導(dǎo)通，以提供非平衡載流子的抽出回路。這種結(jié)構(gòu)的SOI IGBT有較好的速度和導(dǎo)通電阻的折衷特性，但是因需外電路專門對(duì)陽(yáng)極輔助柵12加偏置電壓，且該偏置電壓為浮動(dòng)電壓，故實(shí)施制造困難。
3
現(xiàn)有技術(shù)中的上述橫向SOI IGBT，要么關(guān)斷時(shí)間慢，要么導(dǎo)通電阻大，均存在導(dǎo)通電阻和關(guān)斷時(shí)間的折衷處理問(wèn)題，未能從根本上解決橫向SOI IGBT關(guān)斷時(shí)間慢或?qū)娮璐蟮娜秉c(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，在提高橫向SOI IGBT的關(guān)斷速度的同時(shí)不增加導(dǎo)通電阻，提供一種高速橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種高速橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管，包括埋氧層、N基區(qū)、分別位于N基區(qū)兩端的陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)以及位于陰極區(qū)之上的柵極區(qū)，所述陽(yáng)極區(qū)被隔離槽分割為至少一組第一陽(yáng)極區(qū)和第二陽(yáng)極區(qū)，所述第一陽(yáng)極區(qū)包括P+陽(yáng)極區(qū)和陽(yáng)極，所述P+陽(yáng)極區(qū)貼附于N基區(qū)之上，陽(yáng)極貼附于P+陽(yáng)極區(qū)之上；所述第二陽(yáng)極區(qū)包括P漂移區(qū)、^陽(yáng)極區(qū)和陽(yáng)極，所述P漂移區(qū)和N+陽(yáng)極區(qū)貼附于N基區(qū)之上，所述P漂移區(qū)的兩端分別貼附于陰極區(qū)和N+陽(yáng)極區(qū)，陽(yáng)極貼附于N+陽(yáng)極區(qū)之上并與N基區(qū)和P漂移區(qū)間隔；所述隔離槽使第一陽(yáng)極的P+陽(yáng)極區(qū)與第二陽(yáng)極的P漂移區(qū)和N+陽(yáng)極區(qū)隔離，所述隔離槽向下延伸到埋氧層；所述陽(yáng)極區(qū)之上還包括場(chǎng)氧化層和陽(yáng)極場(chǎng)板，所述場(chǎng)氧化層貼附于陽(yáng)極區(qū)之上，所述陽(yáng)極場(chǎng)板貼附于場(chǎng)氧化層之上并與陽(yáng)極區(qū)的陽(yáng)極電連接。 上述陰極區(qū)包括陰極、P體區(qū)和N+陰極區(qū)，所述P體區(qū)貼附于N基區(qū)之上，N+陰極區(qū)貼附于P體區(qū)之上并與N基區(qū)間隔，陰極貼附于P體區(qū)和K陰極區(qū)的交界處之上并與N基區(qū)間隔。 上述柵極區(qū)包括柵極和柵氧化層，所述柵氧化層貼附于陰極區(qū)之上，所述柵極貼附于柵氧化層之上并與陰極區(qū)間隔。 本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明的陽(yáng)極區(qū)采用由第一陽(yáng)極區(qū)和第二陽(yáng)極區(qū)交替排列構(gòu)成的復(fù)合陽(yáng)極區(qū)結(jié)構(gòu)，以下簡(jiǎn)稱為"勢(shì)壘控制抽出結(jié)構(gòu)"，第一陽(yáng)極區(qū)和第二陽(yáng)極區(qū)通過(guò)隔離槽形成電學(xué)隔離，利用器件在導(dǎo)通和關(guān)斷情況下依靠N+陽(yáng)極區(qū)、P漂移區(qū)和N基區(qū)形成的兩個(gè)PN結(jié)，以及陽(yáng)極場(chǎng)板和P漂移區(qū)的偏置電壓的變化，形成不同高度的勢(shì)壘，以控制陽(yáng)極區(qū)非平衡載流子的抽出，以提高橫向SOI IGBT的關(guān)斷速度。本發(fā)明一方面避免了陽(yáng)極短路結(jié)構(gòu)引起的注入效率的下降所導(dǎo)致的導(dǎo)通電阻的增大；另一方面避免了輔助陽(yáng)極開
關(guān)結(jié)構(gòu)需外加輔助陽(yáng)極控制電路的困難。并且本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可與高壓CMOs-mros工藝全兼
容，不增加工藝難度及成本，具備很強(qiáng)的可實(shí)施性。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的橫向SOI IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中陽(yáng)極短路結(jié)構(gòu)的橫向SOI IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中輔助陽(yáng)極開關(guān)的橫向SOI IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1省略了場(chǎng)氧化層的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1省略了場(chǎng)氧化層和陽(yáng)極場(chǎng)板的俯視結(jié)構(gòu)圖。 圖6是本發(fā)明實(shí)施例1沿圖5中A-A剖面的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7是本發(fā)明實(shí)施例1在關(guān)斷過(guò)程中耗盡區(qū)邊界示意圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例2省略了場(chǎng)氧化層的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖9是是本發(fā)明實(shí)施例2省略了場(chǎng)氧化層和陽(yáng)極場(chǎng)板的俯視結(jié)構(gòu)圖。 圖10是本發(fā)明實(shí)施例2沿圖9中B-B剖面的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明陰極1、柵極2、埋氧層3、P體區(qū)4、N+陰極區(qū)5、N基區(qū)6、P漂移區(qū)
7、隔離槽8、N緩沖區(qū)9、P+陽(yáng)極10、陽(yáng)極11、陽(yáng)極輔助柵12、襯底13、場(chǎng)氧化層14、柵氧化層
15、陽(yáng)極場(chǎng)板16、第二 N+陽(yáng)極區(qū)17、耗盡區(qū)邊界18、 N+陽(yáng)極區(qū)19、陽(yáng)極輔助柵氧化層20。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 實(shí)施例1 :如圖4、圖5、圖6和圖7所示， 一種高速橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管，本實(shí)施例為非穿通型(NPT，None-Punch-Through)，包括襯底13、埋氧層3、N基區(qū)6、分別位于N基區(qū)6兩端的陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)以及位于陰極區(qū)之上的柵極區(qū)，其特征在于，所述陽(yáng)極區(qū)被隔離槽8分割為一組第一陽(yáng)極區(qū)和第二陽(yáng)極區(qū)，所述第一陽(yáng)極區(qū)包括P+陽(yáng)極區(qū)10和陽(yáng)極11，所述P+陽(yáng)極區(qū)10貼附于N基區(qū)6之上，陽(yáng)極11貼附于P+陽(yáng)極區(qū)10之上；所述第二陽(yáng)極區(qū)包括P漂移區(qū)7、 N+陽(yáng)極區(qū)17和陽(yáng)極11，所述P漂移區(qū)7和N+陽(yáng)極區(qū)17貼附于N基區(qū)6之上，所述P漂移區(qū)7的兩端分別貼附于陰極區(qū)和N+陽(yáng)極區(qū)17，陽(yáng)極11貼附于N+陽(yáng)極區(qū)17之上并與N基區(qū)6禾P P漂移區(qū)7間隔；所述隔離槽8使第一陽(yáng)極的P+陽(yáng)極區(qū)10與第二陽(yáng)極的P漂移區(qū)7和N+陽(yáng)極區(qū)17隔離，所述隔離槽8向下延伸到埋氧層3。陽(yáng)極區(qū)之上還包括場(chǎng)氧化層14和陽(yáng)極場(chǎng)板16，所述場(chǎng)氧化層14貼附于陽(yáng)極區(qū)之上，所述陽(yáng)極場(chǎng)板16貼附于場(chǎng)氧化層14之上并與陽(yáng)極區(qū)的陽(yáng)極11電連接；陽(yáng)極場(chǎng)板12的作用是在關(guān)斷時(shí)加強(qiáng)P漂移區(qū)7的耗盡，同時(shí)在N基區(qū)6靠近陽(yáng)極區(qū)域形成積累層，該兩個(gè)效應(yīng)均對(duì)穿通抽出有利。 本實(shí)施例中，所述隔離槽8的深度必須延伸到埋氧層3并與之連接，隔離槽8的長(zhǎng)度也要保證隔離槽8伸入到N基區(qū)6。隔離槽8的作用是將第二陽(yáng)極區(qū)的N+陽(yáng)極區(qū)17與第一陽(yáng)極區(qū)的P+陽(yáng)極區(qū)10進(jìn)行電學(xué)隔離。如果沒(méi)有隔離槽8， N+陽(yáng)極區(qū)17將與N基區(qū)6連接，此時(shí)本實(shí)施例的橫向SOI IGBT結(jié)構(gòu)完全等價(jià)于陽(yáng)極短路的橫向SOI IGBT結(jié)構(gòu)，即雖然能改善器件速度，但導(dǎo)通電阻增加顯著。 本實(shí)施例中的所述陰極區(qū)包括陰極1、 P體區(qū)4和N+陰極區(qū)5，所述P體區(qū)4貼附于N基區(qū)6之上，N+陰極區(qū)5貼附于P體區(qū)4之上并與N基區(qū)6間隔，陰極1貼附于P體區(qū)4和N+陰極區(qū)5的交界處之上并與N基區(qū)6間隔。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，現(xiàn)有技術(shù)中的其它陰極區(qū)的結(jié)構(gòu)也可以顯而易見(jiàn)的與本實(shí)施例的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)組合形成新的橫向SOI IGBT，對(duì)于其它陰極區(qū)的結(jié)構(gòu)故不再詳述。 本實(shí)施例中柵極區(qū)包括柵極2和柵氧化層15，所述柵氧化層15貼附于陰極區(qū)之上，所述柵極2貼附于柵氧化層15之上并與陰極區(qū)間隔。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，現(xiàn)有技術(shù)中的其它柵極區(qū)的結(jié)構(gòu)也可以顯而易見(jiàn)的與本實(shí)施例的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)組合形成新的橫向SOI IGBT，對(duì)于其它柵極區(qū)的結(jié)構(gòu)故不再詳述。 本實(shí)施例中雖然只描述了陽(yáng)極區(qū)被隔離槽8分割為一組第一陽(yáng)極區(qū)和第二陽(yáng)極區(qū)的情況，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，橫向SOI IGBT還可以由多組陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)構(gòu)成，每組陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)可以看作是一個(gè)元件單元，多組元件單元擴(kuò)展后可以制成
5各種形狀的橫向SOI IGBT，無(wú)論是一組還是多組原件單元構(gòu)成的橫向SOI IGBT，其工作原理、物理電學(xué)性能和功能效果是一樣的，并且將一組原件單元擴(kuò)展成多組元件單元對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員也是顯而易見(jiàn)的，因此對(duì)多組單元構(gòu)成的橫向SOI IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理不再詳述。 在本實(shí)施例的導(dǎo)通過(guò)程中，第一陽(yáng)極區(qū)的的？+陽(yáng)極區(qū)10和N基區(qū)6形成正偏PN結(jié)使P+陽(yáng)極區(qū)10向N基區(qū)6注入空穴，第二陽(yáng)極區(qū)的N+陽(yáng)極區(qū)17、P漂移區(qū)7和N基區(qū)6形成載流子的阻斷結(jié)構(gòu)，不影響第一陽(yáng)極區(qū)中P+陽(yáng)極區(qū)10向N基區(qū)6注入空穴。
在本實(shí)施例的橫向SOI IGBT的導(dǎo)通過(guò)程中，陽(yáng)極11到陰極1的壓降較小，一般小于2V。此時(shí)，在由陽(yáng)極場(chǎng)板16、場(chǎng)氧化層14和P漂移區(qū)構(gòu)成的金屬_絕緣層_半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，從陽(yáng)極場(chǎng)板16到P漂移區(qū)的偏置電壓小，不足以在陽(yáng)極場(chǎng)板16下的P漂移區(qū)形成反型導(dǎo)電層。與此同時(shí)，第二陽(yáng)極區(qū)的P漂移區(qū)7與N+陽(yáng)極區(qū)17形成的PN結(jié)，P漂移區(qū)7與N基區(qū)6形成PN結(jié)，N基區(qū)6與P體區(qū)4形成的PN結(jié)，此時(shí)上述PN結(jié)的反向偏置電壓小，耗盡區(qū)很窄，^陽(yáng)極區(qū)17、P漂移區(qū)7和N基區(qū)6也不能形成穿通結(jié)構(gòu)，而只能呈現(xiàn)阻斷結(jié)構(gòu)，因而在橫向SOI IGBT導(dǎo)通的時(shí)候,^陽(yáng)極區(qū)17不會(huì)對(duì)P+陽(yáng)極區(qū)10的注入效率造成影響，因此，器件仍能保持和現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的橫向SOI IGBT相同的注入效率，即保證有較小的導(dǎo)通電阻。 在本實(shí)施例中的關(guān)斷過(guò)程中，第一陽(yáng)極區(qū)的N基區(qū)6和P+陽(yáng)極區(qū)10形成對(duì)N基區(qū)6中的非平衡電子的阻斷結(jié)構(gòu)。在由陽(yáng)極場(chǎng)板16、場(chǎng)氧化層14和P漂移區(qū)構(gòu)成的金屬-絕緣層_半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，從陽(yáng)極場(chǎng)板16到P漂移區(qū)的偏置電壓增大，足以使得在陽(yáng)極場(chǎng)板16下的P漂移區(qū)形成反型導(dǎo)電層。與此同時(shí)，第二陽(yáng)極區(qū)的^陽(yáng)極區(qū)17、 P漂移區(qū)7和N基區(qū)6形成電子的穿通通道。以上兩種效應(yīng)可使得N基區(qū)6的非平衡電子可以被抽出。
在本實(shí)施例的橫向SOI IGBT的關(guān)斷過(guò)程中，第二陽(yáng)極區(qū)的P漂移區(qū)7的未耗盡區(qū)域電位與陰極1的電位相同，陽(yáng)極場(chǎng)板16的電位與陽(yáng)極11相同。伴隨橫向SOI IGBT的關(guān)斷，陽(yáng)極ll的電位提高，即陽(yáng)極場(chǎng)板16電位提高。而P漂移區(qū)7的未耗盡區(qū)域電位與陰極1的電位相同，這樣在由陽(yáng)極場(chǎng)板16、場(chǎng)氧化層14和P漂移區(qū)構(gòu)成的金屬_絕緣層_半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，從陽(yáng)極場(chǎng)板16到P漂移區(qū)的偏置電壓增大。當(dāng)此偏置電壓足夠高時(shí)，使得在陽(yáng)極場(chǎng)板16下的P漂移區(qū)形成反型導(dǎo)電層，這樣N基區(qū)6中的非平衡載流子可以通過(guò)上述反型導(dǎo)電層流入N+陽(yáng)極區(qū)17。此外，第二陽(yáng)極區(qū)的P漂移區(qū)7與K陽(yáng)極區(qū)17形成的PN結(jié)，P漂移區(qū)7與N基區(qū)6形成的PN結(jié)以及N基區(qū)6與P體區(qū)4形成的PN結(jié)均承受較大的反向偏置電壓，出現(xiàn)擴(kuò)展的耗盡區(qū)，其耗盡區(qū)邊界18如圖7所示。此時(shí)，因P漂移區(qū)7為低摻雜，P漂移區(qū)7與N+陽(yáng)極區(qū)17形成的結(jié)出現(xiàn)耗盡區(qū)后，N+陽(yáng)極區(qū)17、 P漂移區(qū)7和N基區(qū)6形成穿通結(jié)構(gòu)。該穿通結(jié)構(gòu)對(duì)橫向SOI IGBT的N基區(qū)6中的非平衡電子是無(wú)勢(shì)壘的，并且由于N基區(qū)6和N+陽(yáng)極區(qū)17均為N型摻雜的半導(dǎo)體材料，這樣N基區(qū)6中的非平衡電子可以通過(guò)N+陽(yáng)極區(qū)17得以抽出，S卩加快了關(guān)斷過(guò)程中非平衡載流子的消除，故橫向SOIIGBT的關(guān)斷速度得以加快。 本實(shí)施例中的橫向SOI IGBT的關(guān)斷速度和導(dǎo)通電阻特性與輔助陽(yáng)極開關(guān)的橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管相當(dāng)。但是本實(shí)施例卻無(wú)需復(fù)雜的外電路進(jìn)行輔助柵浮動(dòng)偏置。此外，N基區(qū)6和P漂移區(qū)7構(gòu)成多RESURF(減低表面電場(chǎng)，REduced SURface Field)結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例可以采用與現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)結(jié)構(gòu)相同的工藝流程制造，二者的差異僅體現(xiàn)
6在版圖局部圖形的不同。在工藝實(shí)現(xiàn)中，隔離槽8是與S0I功率集成電路介質(zhì)隔離工藝步驟一同完成。P漂移區(qū)7與P體區(qū)4 一起注入推結(jié)。N+陽(yáng)極區(qū)19和P+陽(yáng)極區(qū)10采用NSD(N型源漏區(qū)，N type Source & Drain)和PSD(P型源漏區(qū)，N type Source & Drain)注入形成，因此本實(shí)施例與高壓CM0S-DM0S工藝全兼容，不增加工藝難度及成本，具備很強(qiáng)的可實(shí)施性。在流片過(guò)程中，版圖的局部圖形一般與成本無(wú)關(guān)，因此使用實(shí)施例的器件與常規(guī)器件的制造成本相同而性能優(yōu)于常規(guī)器件。 實(shí)施例2 :如圖8、圖9和圖10所示，一種高速橫向S0I絕緣柵雙極性晶體管，本實(shí)施例為穿通型(PT， Punch-Through)，該實(shí)施例是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上在第一陽(yáng)極區(qū)的N基區(qū)6和P+陽(yáng)極10之間增加了 N緩沖區(qū)9，所述N緩沖區(qū)9貼附于N基區(qū)6之上，P+陽(yáng)極區(qū)10貼附于N緩沖區(qū)9之上并與N基區(qū)6間隔。N緩沖區(qū)9對(duì)P+陽(yáng)極10向N基區(qū)6的空穴注入有調(diào)節(jié)作用，使得N基區(qū)6內(nèi)的非平衡載流子存儲(chǔ)削弱，器件關(guān)斷時(shí)間減小，且在器件阻斷情況下N緩沖區(qū)9能使得器件耐壓結(jié)構(gòu)滿足RESURF條件，在相同的耐壓要求下，可采用較短的N基區(qū)6長(zhǎng)度。 本實(shí)施例中，所述隔離槽8的深度必須延伸到埋氧層3并與之連接，隔離槽8的長(zhǎng)度也要保證隔離槽8伸入到N基區(qū)6。隔離槽8的作用是將第二陽(yáng)極區(qū)的N+陽(yáng)極區(qū)17與第一陽(yáng)極區(qū)的N緩沖區(qū)9和P+陽(yáng)極區(qū)10進(jìn)行電學(xué)隔離。如果沒(méi)有隔離槽8， N+陽(yáng)極區(qū)17將與N基區(qū)6連接，此時(shí)本實(shí)施例的橫向S01 IGBT結(jié)構(gòu)完全等價(jià)于陽(yáng)極短路的橫向SOI IGBT結(jié)構(gòu)，即雖然能改善器件速度，但導(dǎo)通電阻增加顯著。 本實(shí)施例中陰極區(qū)和柵極區(qū)的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例中的描述相同，與實(shí)施例相同，也可以采用多組陽(yáng)極區(qū)的復(fù)合排列結(jié)構(gòu)，這些對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是顯而意見(jiàn)的，因而不再詳細(xì)描述。 在本實(shí)施例的導(dǎo)通過(guò)程中，第一陽(yáng)極區(qū)的的P+陽(yáng)極區(qū)10、N緩沖區(qū)9和N基區(qū)6形成正偏PN結(jié)使P+陽(yáng)極區(qū)10經(jīng)過(guò)N緩沖區(qū)9向N基區(qū)6注入空穴，第二陽(yáng)極區(qū)的N+陽(yáng)極區(qū)17、 P漂移區(qū)7和N基區(qū)6形成載流子的阻斷結(jié)構(gòu)，不影響第一陽(yáng)極區(qū)中P+陽(yáng)極區(qū)10向N基區(qū)6注入空穴。 在本實(shí)施例中的關(guān)斷過(guò)程中，第一陽(yáng)極區(qū)的N基區(qū)6、N緩沖區(qū)9和P+陽(yáng)極區(qū)10形成對(duì)N基區(qū)6中的非平衡電子的阻斷結(jié)構(gòu)。在由陽(yáng)極場(chǎng)板16、場(chǎng)氧化層14和P漂移區(qū)構(gòu)成的金屬_絕緣層_半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，從陽(yáng)極場(chǎng)板16到P漂移區(qū)的偏置電壓增大，足以使得在陽(yáng)極場(chǎng)板16下的P漂移區(qū)形成反型導(dǎo)電層。與此同時(shí)，第二陽(yáng)極區(qū)的N+陽(yáng)極區(qū)17、P漂移區(qū)7和N基區(qū)6形成電子的穿通通道。以上兩種效應(yīng)可使得N基區(qū)6的非平衡電子可以被抽出。 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種高速橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管，包括埋氧層(3)、N基區(qū)(6)、分別位于N基區(qū)(6)兩端的陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)以及位于陰極區(qū)之上的柵極區(qū)，其特征在于，所述陽(yáng)極區(qū)被隔離槽(8)分割為至少一組第一陽(yáng)極區(qū)和第二陽(yáng)極區(qū)，所述第一陽(yáng)極區(qū)包括P+陽(yáng)極區(qū)(10)和陽(yáng)極(11)，所述P+陽(yáng)極區(qū)(10)貼附于N基區(qū)(6)之上，陽(yáng)極(11)貼附于P+陽(yáng)極區(qū)(10)之上；所述第二陽(yáng)極區(qū)包括P漂移區(qū)(7)、N+陽(yáng)極區(qū)(17)和陽(yáng)極(11)，所述P漂移區(qū)(7)和N+陽(yáng)極區(qū)(17)貼附于N基區(qū)(6)之上，所述P漂移區(qū)(7)的兩端分別貼附于陰極區(qū)和N+陽(yáng)極區(qū)(17)，陽(yáng)極(11)貼附于N+陽(yáng)極區(qū)(17)之上并與N基區(qū)(6)和P漂移區(qū)(7)間隔；所述隔離槽(8)使第一陽(yáng)極的P+陽(yáng)極區(qū)(10)與第二陽(yáng)極的P漂移區(qū)(7)和N+陽(yáng)極區(qū)(17)隔離，所述隔離槽(8)向下延伸到埋氧層(3)；所述陽(yáng)極區(qū)之上還包括場(chǎng)氧化層(14)和陽(yáng)極場(chǎng)板(16)，所述場(chǎng)氧化層(14)貼附于陽(yáng)極區(qū)之上，所述陽(yáng)極場(chǎng)板(16)貼附于場(chǎng)氧化層(14)之上并與陽(yáng)極區(qū)的陽(yáng)極(11)電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速橫向S0I絕緣柵雙極性晶體管，其特征在于，所述陰極區(qū)包括陰極(1)、P體區(qū)(4)和N+陰極區(qū)(5)，所述P體區(qū)(4)貼附于N基區(qū)(6)之上，W陰極區(qū)(5)貼附于P體區(qū)(4)之上并與N基區(qū)(6)間隔，陰極(1)貼附于P體區(qū)(4)和W陰極區(qū)(5)的交界處之上并與N基區(qū)(6)間隔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速橫向S0I絕緣柵雙極性晶體管，其特征在于，所述柵極區(qū)包括柵極(2)和柵氧化層(15)，所述柵氧化層(15)貼附于陰極區(qū)之上，所述柵極(2)貼附于柵氧化層(15)之上并與陰極區(qū)間隔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管，其特征在于，所述陽(yáng)極區(qū)還包括N緩沖區(qū)(9)，N緩沖區(qū)(9)貼附于N基區(qū)(6)之上，f陽(yáng)極區(qū)(10)貼附于N緩沖區(qū)(9)之上并與N基區(qū)(6)間隔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種高速橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管，其特征在于，所述隔離槽(8)內(nèi)填充絕緣材料或多晶材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管。包括埋氧層、N基區(qū)、分別位于N基區(qū)兩端的陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)以及位于陰極區(qū)之上的柵極區(qū)，所述陽(yáng)極區(qū)被隔離槽分割為至少一組第一陽(yáng)極區(qū)和第二陽(yáng)極區(qū)，所述隔離槽使第一陽(yáng)極的P+陽(yáng)極區(qū)與第二陽(yáng)極的P漂移區(qū)和N+陽(yáng)極區(qū)隔離，所述隔離槽向下延伸到埋氧層；所述陽(yáng)極區(qū)之上還包括場(chǎng)氧化層和陽(yáng)極場(chǎng)板，所述場(chǎng)氧化層貼附于陽(yáng)極區(qū)之上，所述陽(yáng)極場(chǎng)板貼附于場(chǎng)氧化層之上并與陽(yáng)極區(qū)的陽(yáng)極電連接。本發(fā)明的有益效果是在提高橫向SOI IGBT的關(guān)斷速度的同時(shí)不增加導(dǎo)通電阻，提供一種高速橫向SOI絕緣柵雙極性晶體管。
文檔編號(hào)H01L29/06GK101771073SQ20101002809
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者關(guān)旭, 張波, 方健, 陳文鎖 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)