本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高可靠性的SOI-LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，橫向絕緣柵雙極型晶體管)。

背景技術(shù)：

電力電子器件在電能的控制和轉(zhuǎn)換上起著巨大的作用，而IGBT(Insulator-Gate-Bipolar-Transistor)作為電力電子器件的典型代表，其既具有MOSFET高輸入阻抗和驅(qū)動(dòng)簡單的優(yōu)點(diǎn)，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)又使其具有BJT(Bipolar-Junction-Transistor)器件低導(dǎo)通壓降和高電流密度的優(yōu)勢，這些促使IGBT兼具有高壓和大電流等優(yōu)點(diǎn)，在軌道交通、智能電網(wǎng)、家用電器以及基站等眾多領(lǐng)域獨(dú)居優(yōu)勢。橫向IGBT(LIGBT)便于集成，且SOI技術(shù)具有泄漏電流小，便于隔離等優(yōu)勢，因此，SOI LIGBT是單片功率集成芯片的核心元器件。

IGBT的擊穿可看作為開基區(qū)PNP三極管擊穿，由于其對泄漏電流的放大作用，此類擊穿相比于一般PN結(jié)擊穿，其擊穿電壓較小。因此，相比于相同耐壓級(jí)別的MOSFET，IGBT漂移區(qū)較長，長漂移區(qū)意味著IGBT存儲(chǔ)更多載流子，不利于IGBT關(guān)斷。耐壓大小和關(guān)斷速度是IGBT/LIGBT一對急需解決的矛盾。LIGBT開啟時(shí)，空穴電流橫向通過漂移區(qū)和阱區(qū)，流經(jīng)P+體接觸區(qū)從發(fā)射極流出。由于LIGBT低電位位于表面，空穴電流被P+體接觸區(qū)收集時(shí)，會(huì)在N+發(fā)射區(qū)底部和側(cè)面聚集，造成N+發(fā)射區(qū)底部和發(fā)射極具有較大電勢差，觸發(fā)寄生NPN三極管開啟，從而引起閂鎖效應(yīng)，導(dǎo)致LIGBT的FBSOA(Forward-Biased Safe Operation area)和SCSOA(Short-Circuit Safe Operation area)變小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是針對上述問題，提出一種高可靠性的SOI-LIGBT。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高可靠性的SOI-LIGBT，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；所述的頂部半導(dǎo)體層包括N漂移區(qū)3、位于N漂移區(qū)3一側(cè)的發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)、以及位于N漂移區(qū)3另一側(cè)的集電極結(jié)構(gòu)；所述的發(fā)射極結(jié)構(gòu)包括P阱區(qū)4、N+發(fā)射區(qū)5和P+體接觸區(qū)6，其中P阱區(qū)4和P+體接觸區(qū)6相互接觸且并列設(shè)置在埋氧層2上表面，P阱區(qū)4與N漂移區(qū)3接觸，N+發(fā)射區(qū)5位于P阱區(qū)4上層且與P+體接觸區(qū)6接觸，N+發(fā)射區(qū)5和P+體接觸區(qū)6的共同引出端為金屬發(fā)射極；其特征在于，所述發(fā)射極為槽形結(jié)構(gòu)，P+體接觸區(qū)6與埋氧層2接觸；所述的柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層7和覆蓋在柵氧化層7上的柵多晶硅8，柵氧化層7位于P阱區(qū)4之上且兩端分別與N+發(fā)射區(qū)5和N漂移區(qū)3有部分交疊，柵多晶硅8的引出端為柵電極；所述的集電極結(jié)構(gòu)包括N緩沖區(qū)9、位于N緩沖區(qū)9上層的N+集電區(qū)10和P+集電區(qū)11，以及位于頂部半導(dǎo)體層之上的絕緣層12和多晶硅電阻區(qū)13，所述N+集電區(qū)10位于遠(yuǎn)離發(fā)射極結(jié)構(gòu)一側(cè)，N緩沖區(qū)9與多晶硅電阻區(qū)13通過絕緣層12電氣隔離開；所述的多晶硅電阻區(qū)13一側(cè)與N+集電區(qū)10電氣連接，另一側(cè)和P+集電區(qū)11的共同引出端為金屬集電極。

進(jìn)一步的，所述金屬發(fā)射極靠近漂移區(qū)一側(cè)和底部均與P+體接觸區(qū)6接觸。

進(jìn)一步的，所述的金屬發(fā)射極靠近漂移區(qū)一側(cè)與P+體接觸區(qū)6接觸，其底部與埋氧層2接觸。

進(jìn)一步的，所述的金屬發(fā)射極通過一個(gè)短路槽與P+體接觸區(qū)6電氣連接；所述的短路槽包括短路多晶硅14和短路絕緣層15，短路槽底部和靠近漂移區(qū)一側(cè)分別與P+體接觸區(qū)6和P阱區(qū)4接觸，短路多晶硅14兩側(cè)通過短路絕緣層15與頂部半導(dǎo)體層隔離開。

本發(fā)明的有益效果為，相對于傳統(tǒng)的LIGBT，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)高速、低功耗，兼具大FBSOA和SCSOA的優(yōu)良性能。

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。

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；所述的頂部半導(dǎo)體層包括N漂移區(qū)3、位于N漂移區(qū)3一側(cè)的發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)、以及位于N漂移區(qū)3另一側(cè)的集電極結(jié)構(gòu)；所述的發(fā)射極結(jié)構(gòu)包括P阱區(qū)4、N+發(fā)射區(qū)5和P+體接觸區(qū)6，其中P阱區(qū)4和P+體接觸區(qū)6相互接觸且并列設(shè)置在埋氧層2上表面，P阱區(qū)4與N漂移區(qū)3接觸，N+發(fā)射區(qū)5位于P阱區(qū)4上層且與P+體接觸區(qū)6接觸，N+發(fā)射區(qū)5和P+體接觸區(qū)6的共同引出端為金屬發(fā)射極；所述的柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層7和覆蓋在柵氧化層7上的柵多晶硅8，柵氧化層7位于P阱區(qū)4之上且兩端分別與N+發(fā)射區(qū)5和N漂移區(qū)3有部分交疊，柵多晶硅8的引出端為柵電極；所述的集電極結(jié)構(gòu)包括N緩沖區(qū)9、位于N緩沖區(qū)9上層的N+集電區(qū)10和P+集電區(qū)11，以及位于頂部半導(dǎo)體層之上的絕緣層12和多晶硅電阻區(qū)13，所述N+集電區(qū)10位于遠(yuǎn)離發(fā)射極結(jié)構(gòu)一側(cè)，N緩沖區(qū)9與多晶硅電阻區(qū)13通過絕緣層12電氣隔離開；所述的多晶硅電阻區(qū)13一側(cè)與N+集電區(qū)10電氣連接，另一側(cè)和P+集電區(qū)11的共同引出端為金屬集電極；本例中金屬發(fā)射極靠近漂移區(qū)一側(cè)和底部均與P+體接觸區(qū)6接觸。

本例的工作原理為：

新器件在處于耐壓狀態(tài)時(shí)，由于只有較小的電子泄漏電流流過多晶硅電阻，多晶硅電阻上的壓降不足以使P+集電區(qū)/N緩沖區(qū)二極管導(dǎo)通，使P+集電區(qū)不起作用。多晶硅電阻上電壓降較小，相當(dāng)于集電極電壓直接加在N緩沖區(qū)上，類似于MOSFET耐壓。新器件P+集電區(qū)被屏蔽，開基區(qū)三極管耐壓轉(zhuǎn)換為一般的PN結(jié)耐壓，耐壓能力更強(qiáng)。新器件在開啟時(shí)，空穴電流直接橫向流過P阱區(qū)被P+體接觸區(qū)收集，而不用如傳統(tǒng)的LIGBT被表面的P+體接觸收集，空穴電流聚集在N+發(fā)射區(qū)底部效應(yīng)減弱，新器件抗閂鎖能力更強(qiáng)，短路可持續(xù)時(shí)間更長。

實(shí)施例2

如圖2所示，本例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，金屬發(fā)射極靠近漂移區(qū)一側(cè)與P+體接觸區(qū)6接觸，其底部與埋氧層2接觸。

實(shí)施例3

如圖3所示，本例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，金屬發(fā)射極通過一個(gè)短路槽與P+體接觸區(qū)6電氣連接；所述的短路槽包括短路多晶硅14和短路絕緣層15，短路槽底部和靠近漂移區(qū)一側(cè)分別與P+體接觸區(qū)6和P阱區(qū)4接觸，短路多晶硅14兩側(cè)通過短路絕緣層15與頂部半導(dǎo)體層隔離開。與實(shí)施例1和2相比，本例具有更好的抗閂鎖和短路能力。