本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電力電子器件技術(shù)領(lǐng)域中的soi基電導(dǎo)調(diào)制型高壓功率器件，具體是一種薄硅層soi基橫向絕緣柵雙極型晶體管。

背景技術(shù)：

以絕緣體上硅(soi：silicononinsulator)為襯底材料制作的橫向絕緣柵雙極型晶體管(ligbt：lateralinsulatedgatebipolartransistor)，簡稱soi-ligbt，尤其是薄硅層soi-ligbt，是soi高壓集成電路的一個關(guān)鍵組成部分，它具有驅(qū)動簡單，電流能力大，易于集成的優(yōu)點，但是其關(guān)斷速度遠比橫向雙擴散金屬-氧化物-半導(dǎo)體效應(yīng)晶體管(ldmos，lateraldouble-diffusedmosfet)的關(guān)斷速度慢，導(dǎo)致其開關(guān)損耗較大，這影響了soi橫向絕緣柵雙極性晶體管在功率集成電路中的應(yīng)用。

提高薄硅層soi-ligbt器件關(guān)斷速度從而減小開關(guān)損耗的方法主要有三類：

一是降低漂移區(qū)內(nèi)非平衡載流子的壽命，增加復(fù)合速率，以提高關(guān)斷速度。事實上降低漂移區(qū)內(nèi)非平衡載流子壽命的同時，其非平衡載流子總數(shù)也會減小，這將導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增大，所以這種方法存在折衷的問題；

二是控制從陽極到漂移區(qū)的少數(shù)載流子注入水平，以達到導(dǎo)通電阻和關(guān)斷時間的折衷；

三是在陽極區(qū)提供非平衡載流子抽出通道，在關(guān)斷時迅速減少漂移區(qū)內(nèi)非平衡載流子的總數(shù)，以提高器件的關(guān)斷速度。非平衡載流子抽出通道的結(jié)構(gòu)通常會影響少數(shù)載流子注入效率，即影響導(dǎo)通時漂移區(qū)內(nèi)非平衡載流子總數(shù)，從而影響導(dǎo)通電阻。并且，在器件正向開啟過程中，由于載流子從ldmos導(dǎo)通模式向ligbt導(dǎo)通模式的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)通過程中容易出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)。

本專利所提供的新結(jié)構(gòu)器件屬于上述提高薄硅層soi-ligbt器件關(guān)斷速度方法中的第三類，通過提供新穎的陽極區(qū)非平衡載流子抽出通道來減小關(guān)斷過程的損耗、優(yōu)化導(dǎo)通電阻和關(guān)斷時間之間的約束關(guān)系，完全消除正向?qū)ㄟ^程中的負(fù)阻效應(yīng)，從而達到減小器 件工作期間總損耗、提高器件工作穩(wěn)定性的目的。

針對通過在陽極區(qū)提供非平衡載流子抽出通道來提高薄硅層soi-ligbt器件關(guān)斷速度的方法，由于頂層硅非常薄(典型厚度約1～2um)，難以實現(xiàn)復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計，現(xiàn)有技術(shù)中比較典型的器件結(jié)構(gòu)包括常規(guī)陽極短路結(jié)構(gòu)、分離陽極結(jié)構(gòu)、介質(zhì)隔離陽極短路結(jié)構(gòu)、陽極抬高介質(zhì)隔離短路結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)中要么加工工藝復(fù)雜，要么需要較大的額外面積。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，加工工藝復(fù)雜，需要較大的額外面積，器件正向?qū)芰θ醯葐栴}。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種薄硅層soi基橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于：包括第二導(dǎo)電類型襯底層、絕緣介質(zhì)層、第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)、重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)、重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陰極區(qū)、陰極接觸區(qū)、柵極接觸區(qū)、柵極介質(zhì)層、第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)、第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)、重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陽極區(qū)、陽極接觸區(qū)、重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陽極區(qū)、淺槽隔離區(qū)、第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)和第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)。

所述絕緣介質(zhì)層覆蓋于第二導(dǎo)電類型襯底層之上。

所述第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)、第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)、第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)和第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)，均覆蓋于絕緣介質(zhì)層之上。

所述重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陽極區(qū)和淺槽隔離區(qū)覆蓋于第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)之上。

所述第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)浮空于第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)內(nèi)部。

所述重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陽極區(qū)位于第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)內(nèi)部。

所述陽極接觸區(qū)分別覆蓋于第二導(dǎo)電類型陽極區(qū)之上的部分表面和重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陽極區(qū)之上的部分表面。

所述重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)和重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陰極區(qū)位于第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)的內(nèi)部。

所述陰極接觸區(qū)覆蓋于重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陰極區(qū)之上，所述陰極接觸區(qū)還覆蓋于重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)之上的部分表面。

所述柵極介質(zhì)層覆蓋于第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)之上，所述柵極介質(zhì)層還覆蓋于重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)和第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)之上的部分表面。

所述柵極接觸區(qū)覆蓋于柵極介質(zhì)層之上。

進一步，所述第二導(dǎo)電類型襯底層、絕緣介質(zhì)層和第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)構(gòu)成薄硅層soi基襯底。

進一步，所述重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)和重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陰極區(qū)相接觸。

進一步，所述第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)和第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)分別位于第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)的兩側(cè)。所述第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)與第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)相接觸。

進一步，所述淺槽隔離區(qū)分別與重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陽極區(qū)和第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)相接觸。

進一步，所述重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陽極區(qū)與第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)、淺槽隔離區(qū)和第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)不接觸。

進一步，所述淺槽隔離區(qū)內(nèi)填充絕緣介質(zhì)。

一種制造薄硅層soi基橫向絕緣柵雙極型晶體管的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)提供薄硅層soi基襯底，該襯底包括第二導(dǎo)電類型襯底層、位于第二導(dǎo)電類型襯底層之上的絕緣介質(zhì)層、位于絕緣介質(zhì)層之上的第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)；

2)將第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)和第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)，分別形成于絕緣介質(zhì)層之上；

3)蝕刻第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)的部分表面，將淺槽隔離區(qū)形成于第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)之上的蝕刻表面；

4)將第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)浮空于第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)內(nèi)部；

5)向淺槽隔離區(qū)內(nèi)部填充絕緣介質(zhì)；

6)將柵極介質(zhì)層覆蓋于第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)之上的部分表面；將柵極接觸區(qū)覆蓋于柵極介質(zhì)層之上；

7)將第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)形成于絕緣介質(zhì)層之上的部分區(qū)域；

8)將重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)形成于第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū) 的部分區(qū)域；

將重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陽極區(qū)形成于第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)的部分區(qū)域；

9)將重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陰極區(qū)形成于第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)的部分區(qū)域；

將重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陽極區(qū)形成于第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)的部分區(qū)域；

10)將陰極接觸區(qū)覆蓋于重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陰極區(qū)之上，陰極接觸區(qū)還覆蓋于重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)之上的部分表面；

將陽極接觸區(qū)分別覆蓋于第二導(dǎo)電類型陽極區(qū)之上的部分表面和重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陽極區(qū)之上的部分表面。

所述步驟9)和步驟10)之間包括表層絕緣介質(zhì)的覆蓋工藝。

值得說明的是，所述淺槽隔離區(qū)和第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)的寬度和深度可以調(diào)節(jié)；所述第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)和第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)的摻雜濃度可以調(diào)節(jié)。

值得說明的是，在不影響所述薄硅層soi基橫向絕緣柵雙極型晶體管發(fā)明結(jié)構(gòu)的前提下，上述制造方法可以根據(jù)實際生產(chǎn)工藝進行適當(dāng)調(diào)整。

本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

所述橫向絕緣柵雙極型晶體管以薄硅層soi基作為襯底，采用淺槽隔離和陽極浮空緩沖區(qū)的設(shè)計結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)短路陽極薄硅層soi-ligbt器件、分段短路陽極薄硅層soi-ligbt器件、介質(zhì)隔離陽極薄硅層soi-ligbt器件和陽極抬高薄硅層soi-ligbt器件等相比，所述新型薄硅層soi基橫向絕緣柵雙極型晶體管在保證器件較小的關(guān)斷時間的前提下，可以消除器件導(dǎo)通時的負(fù)阻效應(yīng)，提高器件的工作穩(wěn)定性；此外，該器件采用的淺槽隔離和陽極浮空緩沖區(qū)的設(shè)計結(jié)構(gòu)可以采用集成電路制造工藝的淺槽隔離工藝實現(xiàn)，并且這種設(shè)計還可以減小器件的橫向尺寸，提高電流導(dǎo)通能力。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)短路陽極薄硅層soi-ligbt器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中分段短路陽極薄硅層soi-ligbt器件的結(jié)構(gòu) 示意圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中介質(zhì)隔離陽極薄硅層soi-ligbt器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為現(xiàn)有技術(shù)中陽極抬高薄硅層soi-ligbt器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的薄硅層soi-ligbt器件的實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明提供的薄硅層soi-ligbt器件的實施例2結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：第二導(dǎo)電類型襯底層1、絕緣介質(zhì)層2、第二導(dǎo)電類型陰極阱區(qū)3、重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陰極區(qū)4、重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陰極區(qū)5、陰極接觸區(qū)6、柵極接觸區(qū)7、柵極介質(zhì)層8、第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)9、第一導(dǎo)電類型陽極緩沖區(qū)10、重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型陽極區(qū)11、陽極接觸區(qū)12、重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型陽極區(qū)13、淺槽隔離區(qū)14、第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)15、第一導(dǎo)電類型陽極阱區(qū)16。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

實施例1：

如圖5所示，一種薄硅層soi基橫向絕緣柵雙極型晶體管包括：p型襯底層1、絕緣介質(zhì)層2、p型阱區(qū)3、n+陰極區(qū)4、p+陰極區(qū)5、陰極接觸區(qū)6、柵極接觸區(qū)7、柵極介質(zhì)層8、n型漂移區(qū)9、n型陽極緩沖區(qū)10、p+型陽極區(qū)11、陽極接觸區(qū)12、n+型陽極區(qū)13、淺槽隔離區(qū)14、p+型浮空區(qū)15和n型陽極阱區(qū)16。

所述絕緣介質(zhì)層2覆蓋于p型襯底層1之上；所述絕緣介質(zhì)層2為2μm厚度的二氧化硅；

所述p型阱區(qū)3、n型漂移區(qū)9、n型陽極緩沖區(qū)10和n型陽極阱區(qū)16，均覆蓋于絕緣介質(zhì)層2之上的部分表面；所述n型漂移區(qū)9為1μm厚度的硅，其中磷摻雜濃度沿陰極到陽極方 向線性增加；所述n型陽極阱區(qū)16的摻雜濃度優(yōu)選為2e16的磷雜質(zhì)。

所述n+型陽極區(qū)13和淺槽隔離區(qū)14覆蓋于n型陽極阱區(qū)16之上的部分表面；所述n+型陽極區(qū)13的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的磷雜質(zhì)重?fù)诫s，優(yōu)選的深度為0.3μm；所述淺槽隔離區(qū)14的寬度優(yōu)選為2μm，深度優(yōu)選為0.5μm；所述淺槽隔離區(qū)14內(nèi)填充絕緣介質(zhì)層二氧化硅；

所述p+型浮空區(qū)15浮空于n型陽極阱區(qū)16內(nèi)部；所述p+型浮空區(qū)15的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質(zhì)重?fù)诫s；所述p+型浮空區(qū)15的寬度優(yōu)選為1μm；所述p+型浮空區(qū)15的深度優(yōu)選為0.3μm；

所述p+型陽極區(qū)11位于n型陽極緩沖區(qū)10內(nèi)部；所述p+型陽極區(qū)11的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質(zhì)重?fù)诫s，優(yōu)選的深度為0.3μm；

所述陽極接觸區(qū)12分別覆蓋于p+型陽極區(qū)11之上的部分表面和n+型陽極區(qū)13之上的部分表面；

所述n+陰極區(qū)4和p+陰極區(qū)5位于p型阱區(qū)3的內(nèi)部；所述n+陰極區(qū)4的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的磷雜質(zhì)重?fù)诫s，優(yōu)選的深度為0.3μm；所述p+陰極區(qū)5的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質(zhì)重?fù)诫s，優(yōu)選的深度為0.3μm；

所述陰極接觸區(qū)6覆蓋于p+陰極區(qū)5之上，所述陰極接觸區(qū)6還覆蓋于n+陰極區(qū)4之上的部分表面；

所述柵極介質(zhì)層8覆蓋于n+陰極區(qū)4之上，所述柵極介質(zhì)層8還覆蓋于n+陰極區(qū)4和n型漂移區(qū)9之上的部分表面；

所述柵極接觸區(qū)7覆蓋于柵極介質(zhì)層8之上。

相對于現(xiàn)有技術(shù)中制得的晶體管要達到保證器件較小的關(guān)斷時間的前提下完全消除器件導(dǎo)通時的負(fù)阻效應(yīng)，要么所需要的額外陽極橫向尺寸大、電流導(dǎo)通能力弱，要么工藝實現(xiàn)方式復(fù)雜、工藝容差難控制。本實施例制得的晶體管制作簡單，工藝容差易控制，在保證器件較小的關(guān)斷時間的前提下能夠完全消除器件導(dǎo)通時的負(fù)阻效應(yīng)，陽極橫向尺寸僅增加2μm，淺槽隔離深度僅為0.5μm，其電流導(dǎo)通能力強。

實施例2：

如圖6所示，一種薄硅層soi基橫向絕緣柵雙極型晶體管包括：p型襯底層1、絕緣介質(zhì)層2、p型阱區(qū)3、n+陰極區(qū)4、p+陰極區(qū)5、陰極接觸區(qū)6、柵極接觸區(qū)7、柵極介質(zhì)層8、n型漂移區(qū)9、n型陽極緩沖區(qū)10、p+型陽極區(qū)11、陽極接觸區(qū)12、n+型陽極區(qū)13、淺槽隔離區(qū)14、p+型浮空區(qū)15和n型陽極阱區(qū)16。

所述絕緣介質(zhì)層2覆蓋于p型襯底層1之上；所述絕緣介質(zhì)層2為2μm厚度的二氧化硅；

所述p型阱區(qū)3、n型漂移區(qū)9、n型陽極緩沖區(qū)10和n型陽極阱區(qū)16，均覆蓋于絕緣介質(zhì)層2之上的部分表面；所述n型漂移區(qū)9為1μm厚度的硅，其中磷摻雜濃度沿陰極到陽極方向線性增加；所述n型陽極阱區(qū)16的摻雜濃度優(yōu)選為1e16的磷雜質(zhì)。

所述n+型陽極區(qū)13和淺槽隔離區(qū)14覆蓋于n型陽極阱區(qū)16之上的部分表面；所述n+型陽極區(qū)13的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的磷雜質(zhì)重?fù)诫s，優(yōu)選的深度為0.3μm；所述淺槽隔離區(qū)14的寬度優(yōu)選為3μm，深度優(yōu)選為0.2μm；所述淺槽隔離區(qū)14內(nèi)填充絕緣介質(zhì)層二氧化硅；

所述p+型浮空區(qū)15浮空于n型陽極阱區(qū)16內(nèi)部；所述p+型浮空區(qū)15的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質(zhì)重?fù)诫s；所述p+型浮空區(qū)15的寬度優(yōu)選為2μm；所述p+型浮空區(qū)15的深度優(yōu)選為0.5μm；

所述p+型陽極區(qū)11位于n型陽極緩沖區(qū)10內(nèi)部；所述p+型陽極區(qū)11的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質(zhì)重?fù)诫s，優(yōu)選的深度為0.3μm；

所述陽極接觸區(qū)12分別覆蓋于p+型陽極區(qū)11之上的部分表面和n+型陽極區(qū)13之上的部分表面；

所述n+陰極區(qū)4和p+陰極區(qū)5位于p型阱區(qū)3的內(nèi)部；所述n+陰極區(qū)4的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的磷雜質(zhì)重?fù)诫s，優(yōu)選的深度為0.3μm；所述p+陰極區(qū)5的摻雜濃度為濃度大于19次方以上的硼雜質(zhì)重?fù)诫s，優(yōu)選的深度為0.3μm；

所述陰極接觸區(qū)6覆蓋于p+陰極區(qū)5之上，所述陰極接觸區(qū)6還覆蓋于n+陰極區(qū)4之上的部分表面；

所述柵極介質(zhì)層8覆蓋于n+陰極區(qū)4之上，所述柵極介質(zhì)層8還覆蓋于n+陰極區(qū)4和n型漂移區(qū)9之上的部分表面；

所述柵極接觸區(qū)7覆蓋于柵極介質(zhì)層8之上。

相對于現(xiàn)有技術(shù)中制得的晶體管要達到保證器件較小的關(guān)斷時間的前提下能夠完全消除器件導(dǎo)通時的負(fù)阻效應(yīng)，要么所需要的額外陽極橫向尺寸大、電流導(dǎo)通能力弱，要么工藝實現(xiàn)方式復(fù)雜、工藝容差難控制。本實施例制得的晶體管制作簡單，工藝容差易控制，在保證器件較小的關(guān)斷時間的前提下能夠完全消除器件導(dǎo)通時的負(fù)阻效應(yīng)，陽極橫向尺寸僅增加3μm，淺槽隔離深度僅為0.2μm，其電流導(dǎo)通能力強。