专利名称：一种soi横向绝缘栅双极型晶体管器件的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体功率器件技术领域，具体涉及一种横向绝缘栅双极型晶体管 (LIGBT)。
背景技术：
横向绝缘栅双极型晶体管 LIGBT (Lateral Insulated-gate BipolarTransistor) 常用于高压功率驱动集成电路的输出级，以改进横向双扩散金属氧化物半导体场效应 晶体管LDMOS (Lateral Double-diffused Transistor)耐压与导通电阻之间的矛盾。 SOI (Silicon on Insulator)技术以其理想的介质隔离性能、相对简单的介质隔离工艺，使 得SOI器件具有寄生效应小、速度快、功耗低、集成度高、抗辐照能力强等优点。基于SOI技 术的可集成LIGBT器件被称为SOI LIGBT器件(S0I横向绝缘栅双极型晶体管)，由于SOI LIGBT器件与材料衬底和其它高低压器件间采用完全的介质隔离，有利于避免SOI LIGBT 器件发生闩锁效应，且器件易作为高端或低端开关与其他高低压器件一起单片集成于高压 功率集成电路中。图1给出了常规的SOI LIGBT器件结构图，包括衬底1、埋氧层2、漂移区3、第一 阴极区4、阴极体区5、缓冲层6、第一阳极区7、第二阴极区8、阴极金属电极9、阳极金属电 极10、多晶硅栅11、氧化层12、衬底金属电极13。常规的SOI LIGBT器件可以为N沟道或 P沟道，当为N沟道时，衬底1可为P型或N型，漂移区3为N—型，第一阴极区4、第一阳极 区7为P+型，阴极体区5为P型，缓冲层6为N型，第二阴极区8为N+型，导通时阳极端注 入的少数载流子为空穴，阴极端注入的少数载流子为电子；当为P沟道时，衬底1可为N型 或P型，漂移区3为P—型，第一阴极区4、第一阳极区7为N+型，阴极体区5为N型，缓冲层 6为P型，第二阴极区8为P+型，导通时阳极端注入的少数载流子为电子，阴极端注入的少 数载流子为空穴。SOI LIGBT器件有第一阳极区7，第一阳极区7与缓冲层6、漂移区3、阴 极体区5和第二阴极区8构成了寄生晶闸管结构，大电流工作时易于发生闩锁效应，使得 SOI LIGBT器件失去栅控能力，器件失效。此外，常规的SOI LIGBT器件的第一阳极区7将 要向漂移区3注入少数载流子，则在漂移区3中存储有少数载流子电荷；当S0ILIGBT器件 关断(多晶硅栅11电压降为0)时，这些存储的电荷不能立即去掉，只有通过少数载流子的 复合才能消失，于是就需要一定的时间(决定于少数载流子寿命)，从而SOI LIGBT器件的 漏极电流也就相应地不能马上关断，即漏极电流波形有一个较长时间的拖尾——关断时间 较长。SOI LIGBT器件导通时电流越大，第一阳极区7向漂移区3注入少数载流子就越多， 关断时存储的电荷就越多，所需的关断时间就越长。这样就导致了 SOI LIGBT器件中增大 电流和提高关断速度的矛盾。
发明内容
本发明的目的在于为了解决现有的SOI横向绝缘栅双极型晶体管器件增大电流 和提高关断速度的矛盾，提供一种SOI LIGBT器件。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种SOI横向绝缘栅双极型晶体管器件，包括衬底、埋氧层、漂移区、第一阴极区、 阴极体区、缓冲层、第一阳极区、第二阴极区、阴极金属电极、阳极金属电极、多晶硅栅、氧化 层、衬底金属电极，其特征在于，在阳极端的阳极金属电极下表面位置向下延伸有第一槽， 所述第一槽向下贯穿第一阳极区和缓冲层，第一槽靠中心侧从上到下依次为第一阳极区、 缓冲层和漂移区，第一槽靠边缘侧从上到下依次为第二阳极区、缓冲层和漂移区，所述第一 槽内淀积有第一槽氧化层，所述阳极金属电极向下延伸填充满第一槽；在阴极端的多晶硅栅下表面位置向下贯穿氧化层延伸有第二槽，所述第二槽向下 贯穿第二阴极区和阴极体区，第二槽靠中心侧为漂移区，第二槽靠边缘侧从上到下依次为 第二阴极区、阴极体区和漂移区，所述第二槽内淀积有第二槽氧化层，所述多晶硅栅向下延 伸填充满第二槽。在上述结构的基础上，为了强化第一槽的功能，在第一槽靠边缘侧的阳极金属电 极下表面位置向下延伸有第三槽，所述第三槽向下贯穿第二阳极区和缓冲层，第三槽靠中 心侧从上到下依次为第二阳极区、缓冲层和漂移区，第三槽靠边缘侧即为阳极端的边缘，所 述第三槽内淀积有第三槽氧化层，所述阳极金属电极向下延伸填充满第三槽。本发明的有益效果是在多晶硅栅下方增加的槽有效地避免了闩锁效应；增加的 第二阳极区在器件关断的过程中为漂移区的少数载流子电荷提供了一个传导通道，少数 载流子可以从第二阳极区快速的抽出，极大的减小了少数载流子消失的时间，提高了 SOI LIGBT器件关断的速度；增加的阳极金属电极下方的槽在器件导通时增大第一阳极区的少 数载流子注入，提高电流，在器件关断时加速少数载流子的抽取，进一步提高关断速度。两 个槽的综合配置，有效的解决了增大电流和提高关断速度的矛盾。
图1是常规SOI横向绝缘栅双极型晶体管器件结构示意图。图2是本发明实施例一的SOI横向绝缘栅双极型晶体管器件结构示意图。图3是本发明实施例二的SOI横向绝缘栅双极型晶体管器件结构示意图。附图标记说明衬底1、埋氧层2、漂移区3、第一阴极区4、阴极体区5、缓冲层6、第 一阳极区7、第二阴极区8、阴极金属电极9、阳极金属电极10、多晶硅栅11、氧化层12、衬底 金属电极13、第二阳极区14、第一槽15、第一槽氧化层16、第二槽17、第二槽氧化层18、第 三槽19、第三槽氧化层20。
具体实施例方式为了使本领域的普通技术人员能够充分理解本发明，下面结合附图和具体实施例 对本发明进行进一步详细说明。实施例1 如图2所示，一种SOI横向绝缘栅双极型晶体管器件，包括包括衬底1、 埋氧层2、漂移区3、第一阴极区4、阴极体区5、缓冲层6、第一阳极区7、第二阴极区8、阴极 金属电极9、阳极金属电极10、多晶硅栅11、氧化层12、衬底金属电极13，其特征在于，在阳 极端的阳极金属电极10下表面位置向下延伸有第一槽15，所述第一槽15向下贯穿第一阳 极区7和缓冲层6，第一槽15靠中心侧从上到下依次为第一阳极区7、缓冲层6和漂移区3，第一槽15靠边缘侧从上到下依次为第二阳极区14、缓冲层6和漂移区3，所述第一槽15内 淀积有第一槽氧化层16，所述阳极金属电极10向下延伸填充满第一槽15 ；在阴极端的多晶硅栅11下表面位置向下贯穿氧化层12延伸有第二槽17，所述第 二槽17向下贯穿第二阴极区8和阴极体区5，第二槽17靠中心侧为漂移区3，第二槽17靠 边缘侧从上到下依次为第二阴极区8、阴极体区5和漂移区3，所述第二槽17内淀积有第二 槽氧化层18，所述多晶硅栅11向下延伸填充满第二槽17。本实施例中，SOI LIGBT器件采用N沟道，衬底1可为P型或N型，漂移区3为型， 第一阴极区4、第一阳极区7为P+型，阴极体区5为P型，缓冲层6为N型，第二阴极区8和 第二阳极区14为N+型，导通时阳极端注入的少数载流子为空穴，阴极端注入的少数载流子 为电子。下面介绍采用N沟道的SOI LIGBT器件的工作原理在器件导通时，S卩加在多晶硅栅11上的电压大于器件阈值电压时，η沟道反型层 形成，器件开启。在P型体区5和槽栅氧化层之间会出现一个η区，这就是反型区。在源漏 电压Vsd的作用下，从第二阴极区8流出的电子载流子会流过反型区，穿过漂移区3和缓冲 层6，最后流入第一阳极区7。而空穴载流子则会分为两个部分，一部分空穴载流子穿过漂 移区3后，流入P型体区5，进入第二阴极区8 ；另一部分的空穴载流子经过漂移区3后，会 穿过第一阴极区4再流入第二阴极区8。相对于从P型体区5流入的空穴载流子，从第一阴 极区4流入的空穴载流子只占很少部分。因此，第二阴极区8与第一阴极区4构成的ρη结 不易开启，有效地避免了闩锁效应。与此同时，器件导通时本发明中在阳极一侧的槽会增大 第一阳极区7的空穴注入，提高电流。在器件关断的过程中，即多晶硅栅11的电压低于器件阈值电压时，只有当漂移区 3中的少数载流子电荷消失后器件才能关断。常规的SOI LIGBT器件的漂移区3的少数载 流子只有通过自己复合才能消失，关断速度较慢。本发明的SOI LIGBT器件中的第二阳极 区14为漂移区3的少数载流子电荷提供了一个传导通道，在器件关断时电子可以从第二阳 极区14快速的抽出，空穴从第一阴极区4抽出，极大的减小了少数载流子消失的时间，提高 了 SOI LIGBT器件关断的速度。在阳极一侧的槽可以增加关断时第二阳极区14下方形成 的沟道，加速电子的抽取。实施例二 如图3所示，在实施例1的结构的基础上，为了强化第一槽15的功能， 提高SOI LIGBT器件关断时的第二阳极区14的电子抽取能力，在第一槽15靠边缘侧的阳 极金属电极10下表面位置向下延伸有第三槽19，所述第三槽19向下贯穿第二阳极区14和 缓冲层6，第三槽19靠中心侧从上到下依次为第二阳极区14、缓冲层6和漂移区3，第三槽 19靠边缘侧即为阳极端的边缘，所述第三槽19内淀积有第三槽氧化层20，所述阳极金属电 极10向下延伸填充满第三槽19。由于实施例2的工作原理和过程相同，因此不再详细描述。实施例三在实施例1的基础上采用P沟道的SOI LIGBT器件，结构与实施例1相 同，区别仅在于将相关部件的半导体性质变更为衬底1可为N型或P型，漂移区3为P—型， 第一阴极区4、第一阳极区7为N+型，阴极体区5为N型，缓冲层6为P型，第二阳极区14 和第二阴极区8为P+型。当然，导通时阳极端注入的少数载流子为电子，阴极端注入的少 数载流子为空穴。
实施例4 在实施例3的结构的基础上，为了强化第一槽15的功能，提高SOI LIGBT器件关断时的二阳极区14的空穴抽取能力，在第一槽15靠边缘侧的阳极金属电极 10下表面位置向下延伸有第三槽19，所述第三槽19向下贯穿第二阳极区14和缓冲层6，第 三槽19靠中心侧从上到下依次为第二阳极区14、缓冲层6和漂移区3，第三槽19靠边缘侧 即为阳极端的边缘，所述第三槽19内淀积有第三槽氧化层20，所述阳极金属电极10向下延 伸填充满第三槽19。虽然上述实施例1和2是以采用N沟道的SOI LIGBT器件来进行说明的，但是本 领域的普通技术人员可以根据实施例1和2所呈现的结构显而易见的推广到实施例3和实 施例4所述的P沟道的SOI LIGBT器件，又由于P沟道的S0ILIGBT器件的工作原理与N沟 道的SOI LIGBT器件基本相同，区别仅在于载流子中空穴与电子的互换，因此对实施例3和 实施例4的工作原理不再做详细说明。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发 明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的 普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各 种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种SOI横向绝缘栅双极型晶体管器件，包括衬底(1)、埋氧层O)、漂移区(3)、第 一阴极区G)、阴极体区(5)、缓冲层(6)、第一阳极区(7)、第二阴极区(8)、阴极金属电极 (9)、阳极金属电极(10)、多晶硅栅(11)、氧化层(12)、衬底金属电极(13)，其特征在于，在 阳极端的阳极金属电极(10)下表面位置向下延伸有第一槽(15)，所述第一槽(1 向下贯 穿第一阳极区(7)和缓冲层(6)，第一槽(1 靠中心侧从上到下依次为第一阳极区(7)、缓 冲层(6)和漂移区(3)，第一槽(1 靠边缘侧从上到下依次为第二阳极区(14)、缓冲层(6) 和漂移区(3)，所述第一槽(1 内淀积有第一槽氧化层(16)，所述第一槽(1 内淀积有第 一槽氧化层(16)，所述阳极金属电极(10)向下延伸填充满第一槽(15)；在阴极端的多晶硅栅(11)下表面位置向下贯穿氧化层(1 延伸有第二槽(17)，所述 第二槽(17)向下贯穿第二阴极区⑶和阴极体区(5)，第二槽(17)靠中心侧为漂移区(3)， 第二槽(17)靠边缘侧从上到下依次为第二阴极区(8)、阴极体区( 和漂移区(3)，所述第 二槽(17)内淀积有第二槽氧化层(18)，所述多晶硅栅(11)向下延伸填充满第二槽(17)。
2.根据权利要求1所述的一种SOI横向绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，在第 一槽(巧)靠边缘侧的阳极金属电极(10)下表面位置向下延伸有第三槽(19)，所述第三 槽(19)向下贯穿第二阳极区(14)和缓冲层(6)，第三槽(19)靠中心侧从上到下依次为第 二阳极区(14)、缓冲层(6)和漂移区(3)，第三槽(19)靠边缘侧即为阳极端的边缘，所述 第三槽(19)内淀积有第三槽氧化层(20)，所述阳极金属电极(10)向下延伸填充满第三槽 (19)。
全文摘要
本发明涉及一种SOI横向绝缘栅双极型晶体管器件，包括衬底、埋氧层、漂移区、第一阴极区、阴极体区、缓冲层、第一阳极区、第二阴极区、阴极金属电极、阳极金属电极、多晶硅栅、氧化层、衬底金属电极，在阳极端的阳极金属电极下表面位置向下延伸有第一槽，所述第一槽向下贯穿第一阳极区和缓冲层，第一槽靠中心侧从上到下依次为第一阳极区、缓冲层和漂移区，第一槽靠边缘侧从上到下依次为第二阳极区、缓冲层和漂移区，所述第一槽内淀积有第一槽氧化层，所述阳极金属电极向下延伸填充满第一槽本发明的有益效果是在多晶硅栅下方增加的槽有效地避免了闩锁效应。
文档编号H01L29/10GK102064192SQ20101057215
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者于廷江, 吴琼乐, 方健, 李文昌, 杨毓俊, 柏文斌, 王泽华, 管超, 陈吕赟, 黎俐 申请人:电子科技大学