專利名稱：一種soi橫向絕緣柵雙極型晶體管器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橫向絕緣柵雙極型晶體管 (LIGBT)。
背景技術(shù)：
橫向絕緣柵雙極型晶體管 LIGBT (Lateral Insulated-gate BipolarTransistor) 常用于高壓功率驅(qū)動集成電路的輸出級，以改進(jìn)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng) 晶體管LDMOS (Lateral Double-diffused Transistor)耐壓與導(dǎo)通電阻之間的矛盾。 SOI (Silicon on Insulator)技術(shù)以其理想的介質(zhì)隔離性能、相對簡單的介質(zhì)隔離工藝，使 得SOI器件具有寄生效應(yīng)小、速度快、功耗低、集成度高、抗輻照能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?；赟OI技 術(shù)的可集成LIGBT器件被稱為SOI LIGBT器件(S0I橫向絕緣柵雙極型晶體管)，由于SOI LIGBT器件與材料襯底和其它高低壓器件間采用完全的介質(zhì)隔離，有利于避免SOI LIGBT 器件發(fā)生閂鎖效應(yīng)，且器件易作為高端或低端開關(guān)與其他高低壓器件一起單片集成于高壓 功率集成電路中。圖1給出了常規(guī)的SOI LIGBT器件結(jié)構(gòu)圖，包括襯底1、埋氧層2、漂移區(qū)3、第一 陰極區(qū)4、陰極體區(qū)5、緩沖層6、第一陽極區(qū)7、第二陰極區(qū)8、陰極金屬電極9、陽極金屬電 極10、多晶硅柵11、氧化層12、襯底金屬電極13。常規(guī)的SOI LIGBT器件可以為N溝道或 P溝道，當(dāng)為N溝道時，襯底1可為P型或N型，漂移區(qū)3為N—型，第一陰極區(qū)4、第一陽極 區(qū)7為P+型，陰極體區(qū)5為P型，緩沖層6為N型，第二陰極區(qū)8為N+型，導(dǎo)通時陽極端注 入的少數(shù)載流子為空穴，陰極端注入的少數(shù)載流子為電子；當(dāng)為P溝道時，襯底1可為N型 或P型，漂移區(qū)3為P—型，第一陰極區(qū)4、第一陽極區(qū)7為N+型，陰極體區(qū)5為N型，緩沖層 6為P型，第二陰極區(qū)8為P+型，導(dǎo)通時陽極端注入的少數(shù)載流子為電子，陰極端注入的少 數(shù)載流子為空穴。SOI LIGBT器件有第一陽極區(qū)7，第一陽極區(qū)7與緩沖層6、漂移區(qū)3、陰 極體區(qū)5和第二陰極區(qū)8構(gòu)成了寄生晶閘管結(jié)構(gòu)，大電流工作時易于發(fā)生閂鎖效應(yīng)，使得 SOI LIGBT器件失去柵控能力，器件失效。此外，常規(guī)的SOI LIGBT器件的第一陽極區(qū)7將 要向漂移區(qū)3注入少數(shù)載流子，則在漂移區(qū)3中存儲有少數(shù)載流子電荷；當(dāng)S0ILIGBT器件 關(guān)斷(多晶硅柵11電壓降為0)時，這些存儲的電荷不能立即去掉，只有通過少數(shù)載流子的 復(fù)合才能消失，于是就需要一定的時間(決定于少數(shù)載流子壽命)，從而SOI LIGBT器件的 漏極電流也就相應(yīng)地不能馬上關(guān)斷，即漏極電流波形有一個較長時間的拖尾——關(guān)斷時間 較長。SOI LIGBT器件導(dǎo)通時電流越大，第一陽極區(qū)7向漂移區(qū)3注入少數(shù)載流子就越多， 關(guān)斷時存儲的電荷就越多，所需的關(guān)斷時間就越長。這樣就導(dǎo)致了 SOI LIGBT器件中增大 電流和提高關(guān)斷速度的矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有的SOI橫向絕緣柵雙極型晶體管器件增大電流 和提高關(guān)斷速度的矛盾，提供一種SOI LIGBT器件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種SOI橫向絕緣柵雙極型晶體管器件，包括襯底、埋氧層、漂移區(qū)、第一陰極區(qū)、 陰極體區(qū)、緩沖層、第一陽極區(qū)、第二陰極區(qū)、陰極金屬電極、陽極金屬電極、多晶硅柵、氧化 層、襯底金屬電極，其特征在于，在陽極端的陽極金屬電極下表面位置向下延伸有第一槽， 所述第一槽向下貫穿第一陽極區(qū)和緩沖層，第一槽靠中心側(cè)從上到下依次為第一陽極區(qū)、 緩沖層和漂移區(qū)，第一槽靠邊緣側(cè)從上到下依次為第二陽極區(qū)、緩沖層和漂移區(qū)，所述第一 槽內(nèi)淀積有第一槽氧化層，所述陽極金屬電極向下延伸填充滿第一槽；在陰極端的多晶硅柵下表面位置向下貫穿氧化層延伸有第二槽，所述第二槽向下 貫穿第二陰極區(qū)和陰極體區(qū)，第二槽靠中心側(cè)為漂移區(qū)，第二槽靠邊緣側(cè)從上到下依次為 第二陰極區(qū)、陰極體區(qū)和漂移區(qū)，所述第二槽內(nèi)淀積有第二槽氧化層，所述多晶硅柵向下延 伸填充滿第二槽。在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為了強(qiáng)化第一槽的功能，在第一槽靠邊緣側(cè)的陽極金屬電 極下表面位置向下延伸有第三槽，所述第三槽向下貫穿第二陽極區(qū)和緩沖層，第三槽靠中 心側(cè)從上到下依次為第二陽極區(qū)、緩沖層和漂移區(qū)，第三槽靠邊緣側(cè)即為陽極端的邊緣，所 述第三槽內(nèi)淀積有第三槽氧化層，所述陽極金屬電極向下延伸填充滿第三槽。本發(fā)明的有益效果是在多晶硅柵下方增加的槽有效地避免了閂鎖效應(yīng)；增加的 第二陽極區(qū)在器件關(guān)斷的過程中為漂移區(qū)的少數(shù)載流子電荷提供了一個傳導(dǎo)通道，少數(shù) 載流子可以從第二陽極區(qū)快速的抽出，極大的減小了少數(shù)載流子消失的時間，提高了 SOI LIGBT器件關(guān)斷的速度；增加的陽極金屬電極下方的槽在器件導(dǎo)通時增大第一陽極區(qū)的少 數(shù)載流子注入，提高電流，在器件關(guān)斷時加速少數(shù)載流子的抽取，進(jìn)一步提高關(guān)斷速度。兩 個槽的綜合配置，有效的解決了增大電流和提高關(guān)斷速度的矛盾。


圖1是常規(guī)SOI橫向絕緣柵雙極型晶體管器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的SOI橫向絕緣柵雙極型晶體管器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的SOI橫向絕緣柵雙極型晶體管器件結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明襯底1、埋氧層2、漂移區(qū)3、第一陰極區(qū)4、陰極體區(qū)5、緩沖層6、第 一陽極區(qū)7、第二陰極區(qū)8、陰極金屬電極9、陽極金屬電極10、多晶硅柵11、氧化層12、襯底 金屬電極13、第二陽極區(qū)14、第一槽15、第一槽氧化層16、第二槽17、第二槽氧化層18、第 三槽19、第三槽氧化層20。
具體實(shí)施例方式為了使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠充分理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例 對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 如圖2所示，一種SOI橫向絕緣柵雙極型晶體管器件，包括包括襯底1、 埋氧層2、漂移區(qū)3、第一陰極區(qū)4、陰極體區(qū)5、緩沖層6、第一陽極區(qū)7、第二陰極區(qū)8、陰極 金屬電極9、陽極金屬電極10、多晶硅柵11、氧化層12、襯底金屬電極13，其特征在于，在陽 極端的陽極金屬電極10下表面位置向下延伸有第一槽15，所述第一槽15向下貫穿第一陽 極區(qū)7和緩沖層6，第一槽15靠中心側(cè)從上到下依次為第一陽極區(qū)7、緩沖層6和漂移區(qū)3，第一槽15靠邊緣側(cè)從上到下依次為第二陽極區(qū)14、緩沖層6和漂移區(qū)3，所述第一槽15內(nèi) 淀積有第一槽氧化層16，所述陽極金屬電極10向下延伸填充滿第一槽15 ；在陰極端的多晶硅柵11下表面位置向下貫穿氧化層12延伸有第二槽17，所述第 二槽17向下貫穿第二陰極區(qū)8和陰極體區(qū)5，第二槽17靠中心側(cè)為漂移區(qū)3，第二槽17靠 邊緣側(cè)從上到下依次為第二陰極區(qū)8、陰極體區(qū)5和漂移區(qū)3，所述第二槽17內(nèi)淀積有第二 槽氧化層18，所述多晶硅柵11向下延伸填充滿第二槽17。本實(shí)施例中，SOI LIGBT器件采用N溝道，襯底1可為P型或N型，漂移區(qū)3為型， 第一陰極區(qū)4、第一陽極區(qū)7為P+型，陰極體區(qū)5為P型，緩沖層6為N型，第二陰極區(qū)8和 第二陽極區(qū)14為N+型，導(dǎo)通時陽極端注入的少數(shù)載流子為空穴，陰極端注入的少數(shù)載流子 為電子。下面介紹采用N溝道的SOI LIGBT器件的工作原理在器件導(dǎo)通時，S卩加在多晶硅柵11上的電壓大于器件閾值電壓時，η溝道反型層 形成，器件開啟。在P型體區(qū)5和槽柵氧化層之間會出現(xiàn)一個η區(qū)，這就是反型區(qū)。在源漏 電壓Vsd的作用下，從第二陰極區(qū)8流出的電子載流子會流過反型區(qū)，穿過漂移區(qū)3和緩沖 層6，最后流入第一陽極區(qū)7。而空穴載流子則會分為兩個部分，一部分空穴載流子穿過漂 移區(qū)3后，流入P型體區(qū)5，進(jìn)入第二陰極區(qū)8 ；另一部分的空穴載流子經(jīng)過漂移區(qū)3后，會 穿過第一陰極區(qū)4再流入第二陰極區(qū)8。相對于從P型體區(qū)5流入的空穴載流子，從第一陰 極區(qū)4流入的空穴載流子只占很少部分。因此，第二陰極區(qū)8與第一陰極區(qū)4構(gòu)成的ρη結(jié) 不易開啟，有效地避免了閂鎖效應(yīng)。與此同時，器件導(dǎo)通時本發(fā)明中在陽極一側(cè)的槽會增大 第一陽極區(qū)7的空穴注入，提高電流。在器件關(guān)斷的過程中，即多晶硅柵11的電壓低于器件閾值電壓時，只有當(dāng)漂移區(qū) 3中的少數(shù)載流子電荷消失后器件才能關(guān)斷。常規(guī)的SOI LIGBT器件的漂移區(qū)3的少數(shù)載 流子只有通過自己復(fù)合才能消失，關(guān)斷速度較慢。本發(fā)明的SOI LIGBT器件中的第二陽極 區(qū)14為漂移區(qū)3的少數(shù)載流子電荷提供了一個傳導(dǎo)通道，在器件關(guān)斷時電子可以從第二陽 極區(qū)14快速的抽出，空穴從第一陰極區(qū)4抽出，極大的減小了少數(shù)載流子消失的時間，提高 了 SOI LIGBT器件關(guān)斷的速度。在陽極一側(cè)的槽可以增加關(guān)斷時第二陽極區(qū)14下方形成 的溝道，加速電子的抽取。實(shí)施例二 如圖3所示，在實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為了強(qiáng)化第一槽15的功能， 提高SOI LIGBT器件關(guān)斷時的第二陽極區(qū)14的電子抽取能力，在第一槽15靠邊緣側(cè)的陽 極金屬電極10下表面位置向下延伸有第三槽19，所述第三槽19向下貫穿第二陽極區(qū)14和 緩沖層6，第三槽19靠中心側(cè)從上到下依次為第二陽極區(qū)14、緩沖層6和漂移區(qū)3，第三槽 19靠邊緣側(cè)即為陽極端的邊緣，所述第三槽19內(nèi)淀積有第三槽氧化層20，所述陽極金屬電 極10向下延伸填充滿第三槽19。由于實(shí)施例2的工作原理和過程相同，因此不再詳細(xì)描述。實(shí)施例三在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上采用P溝道的SOI LIGBT器件，結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相 同，區(qū)別僅在于將相關(guān)部件的半導(dǎo)體性質(zhì)變更為襯底1可為N型或P型，漂移區(qū)3為P—型， 第一陰極區(qū)4、第一陽極區(qū)7為N+型，陰極體區(qū)5為N型，緩沖層6為P型，第二陽極區(qū)14 和第二陰極區(qū)8為P+型。當(dāng)然，導(dǎo)通時陽極端注入的少數(shù)載流子為電子，陰極端注入的少 數(shù)載流子為空穴。
實(shí)施例4 在實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為了強(qiáng)化第一槽15的功能，提高SOI LIGBT器件關(guān)斷時的二陽極區(qū)14的空穴抽取能力，在第一槽15靠邊緣側(cè)的陽極金屬電極 10下表面位置向下延伸有第三槽19，所述第三槽19向下貫穿第二陽極區(qū)14和緩沖層6，第 三槽19靠中心側(cè)從上到下依次為第二陽極區(qū)14、緩沖層6和漂移區(qū)3，第三槽19靠邊緣側(cè) 即為陽極端的邊緣，所述第三槽19內(nèi)淀積有第三槽氧化層20，所述陽極金屬電極10向下延 伸填充滿第三槽19。雖然上述實(shí)施例1和2是以采用N溝道的SOI LIGBT器件來進(jìn)行說明的，但是本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)施例1和2所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)顯而易見的推廣到實(shí)施例3和實(shí) 施例4所述的P溝道的SOI LIGBT器件，又由于P溝道的S0ILIGBT器件的工作原理與N溝 道的SOI LIGBT器件基本相同，區(qū)別僅在于載流子中空穴與電子的互換，因此對實(shí)施例3和 實(shí)施例4的工作原理不再做詳細(xì)說明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，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
1.一種SOI橫向絕緣柵雙極型晶體管器件，包括襯底(1)、埋氧層O)、漂移區(qū)(3)、第 一陰極區(qū)G)、陰極體區(qū)(5)、緩沖層(6)、第一陽極區(qū)(7)、第二陰極區(qū)(8)、陰極金屬電極 (9)、陽極金屬電極(10)、多晶硅柵(11)、氧化層(12)、襯底金屬電極(13)，其特征在于，在 陽極端的陽極金屬電極(10)下表面位置向下延伸有第一槽(15)，所述第一槽(1 向下貫 穿第一陽極區(qū)(7)和緩沖層(6)，第一槽(1 靠中心側(cè)從上到下依次為第一陽極區(qū)(7)、緩 沖層(6)和漂移區(qū)(3)，第一槽(1 靠邊緣側(cè)從上到下依次為第二陽極區(qū)(14)、緩沖層(6) 和漂移區(qū)(3)，所述第一槽(1 內(nèi)淀積有第一槽氧化層(16)，所述第一槽(1 內(nèi)淀積有第 一槽氧化層(16)，所述陽極金屬電極(10)向下延伸填充滿第一槽(15)；在陰極端的多晶硅柵(11)下表面位置向下貫穿氧化層(1 延伸有第二槽(17)，所述 第二槽(17)向下貫穿第二陰極區(qū)⑶和陰極體區(qū)(5)，第二槽(17)靠中心側(cè)為漂移區(qū)(3)， 第二槽(17)靠邊緣側(cè)從上到下依次為第二陰極區(qū)(8)、陰極體區(qū)( 和漂移區(qū)(3)，所述第 二槽(17)內(nèi)淀積有第二槽氧化層(18)，所述多晶硅柵(11)向下延伸填充滿第二槽(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SOI橫向絕緣柵雙極型晶體管器件，其特征在于，在第 一槽(巧)靠邊緣側(cè)的陽極金屬電極(10)下表面位置向下延伸有第三槽(19)，所述第三 槽(19)向下貫穿第二陽極區(qū)(14)和緩沖層(6)，第三槽(19)靠中心側(cè)從上到下依次為第 二陽極區(qū)(14)、緩沖層(6)和漂移區(qū)(3)，第三槽(19)靠邊緣側(cè)即為陽極端的邊緣，所述 第三槽(19)內(nèi)淀積有第三槽氧化層(20)，所述陽極金屬電極(10)向下延伸填充滿第三槽 (19)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種SOI橫向絕緣柵雙極型晶體管器件，包括襯底、埋氧層、漂移區(qū)、第一陰極區(qū)、陰極體區(qū)、緩沖層、第一陽極區(qū)、第二陰極區(qū)、陰極金屬電極、陽極金屬電極、多晶硅柵、氧化層、襯底金屬電極，在陽極端的陽極金屬電極下表面位置向下延伸有第一槽，所述第一槽向下貫穿第一陽極區(qū)和緩沖層，第一槽靠中心側(cè)從上到下依次為第一陽極區(qū)、緩沖層和漂移區(qū)，第一槽靠邊緣側(cè)從上到下依次為第二陽極區(qū)、緩沖層和漂移區(qū)，所述第一槽內(nèi)淀積有第一槽氧化層，所述陽極金屬電極向下延伸填充滿第一槽本發(fā)明的有益效果是在多晶硅柵下方增加的槽有效地避免了閂鎖效應(yīng)。
文檔編號H01L29/10GK102064192SQ20101057215
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者于廷江, 吳瓊樂, 方健, 李文昌, 楊毓俊, 柏文斌, 王澤華, 管超, 陳呂赟, 黎俐 申請人:電子科技大學(xué)