一种短路阳极SOILIGBT的制作方法

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种短路阳极soiligbt(lateralinsulatedgatebipolartransistor，横向绝缘栅双极型晶体管)。

背景技术：

igbt具有场效应晶体管高速开关及电压驱动的特性，同时具备双极晶体管低饱和电压的特性及易实现较大电流的能力。横向igbt(ligbt)易于集成在功率集成电路中，尤其是soi基ligbt可完全消除体硅ligbt衬底空穴电子对注入，且采用介质隔离的soi技术易实现器件的完全电气隔离，促使soiligbt广泛应用于电力电子、工业自动化、航空航天等高新技术产业。

igbt在关态时，阳极区的电子势垒迫使存储在漂移区的载流子通过复合消失，使得igbt的关断速度减慢。而短路阳极技术是在阳极端引入n型阳极区，存储在漂移区内的大量电子可通过其快速抽取，电流拖尾时间减小，关断速度加快，从而小其关断损耗，进而也获得导通压降和关断损耗的良好折衷。但短路阳极结构的引入，使得器件处于单极模式时，流经漂移区的电流均为电子电流，电子电流由n型集电区收集，形成mosfet导通模式。而当器件集电极和发射极之间电压增大至使得集电区pn结(p型集电区与n型场截止区构成的pn结)开启时，大量空穴开始注入漂移区发生电导调制效应，器件的正向导通电压大幅降低，形成igbt导通模式。由于mosfet模式到igbt模式的转换带来的电导调制作用，给器件带来电压折回效应，影响器件电流分布的均匀性。本发明提出一种新型的短路阳极结构，可在小元胞尺寸下消除电压折回效应，同时获得低导通压降和低关断损耗。

技术实现要素：

本发明的目的，就是针对上述问题，提出一种具有交替np耐压缓冲层结构的短路阳极soiligbt。

本发明的技术方案是：

一种短路阳极soiligbt，包括自下而上依次层叠设置的p衬底1、埋氧层2和顶部半导体层；沿器件横向方向，所述的顶部半导体层从器件一侧到另一侧依次具有阴极结构、p阱区4、n漂移区3和阳极结构；所述阴极结构包括p+体接触区6和n+阴极区5，所述p+体接触区6的底部与埋氧层2接触，所述n+阴极区5位于p阱区4上层，且n+阴极区5与p+体接触区6和p阱区4接触，p+体接触区6与p阱区4接触；p+体接触区6和n+阴极区5的共同引出端为阴极；所述p阱区4与n漂移区3接触；在所述n+阴极区5与n漂移区3之间的p阱区4上表面具有栅极结构；所述栅极结构包括栅介质7和覆盖在栅介质7之上的栅多晶硅8，栅多晶硅8的引出端为栅电极；所述阳极结构包括沿器件纵向方向交替排列的p+阳极区9和n+阳极区10，所述p+阳极区9和n+阳极区10与n漂移区3和埋氧层2接触，所述p+阳极区9和n+阳极区10的共同引出端为阳极；

其特征在于，还包括n型岛区11和p型岛区12，所述n型岛区11和p型岛区12位于p+阳极区9和n+阳极区10靠近阴极结构的一侧，沿器件纵向方向，所述n型岛区11和p型岛区12交替排列，且n型岛区11和p型岛区12的底部与埋氧层2接触。

上述方案中，所述器件横向方向与器件纵向方向位于同一水平面且相互垂直，与器件垂直方向构成三维直角坐标系，与图1中对应的是，器件横向方向对应x轴，器件垂直方向对应y轴，器件纵向方向对应z轴。

进一步的，所述n型岛区11和p型岛区12与p+阳极区9和n+阳极区10在横向上被n漂移区3间隔。

进一步的，所述n型岛区11和p型岛区12在横向上与p+阳极区9或n+阳极区10相接触。

进一步的，所述阳极结构中的p型岛区12沿器件纵向方向上的宽度相等。

进一步的，所述p型岛区12沿器件纵向方向上的宽度不相等，且其纵向间距在越靠近n+阳极区10处越大。

本发明的有益效果为，相比于传统ligbt，具有更快的关断速度和和损耗；相比于传统的具有连续场截止层的短路阳极ligbt，本发明在更小的纵向元胞尺寸下消除了电压折回现象，且易与功率集成电路的高低压器件工艺兼容，制作成本低。

附图说明

图1为本发明提出的实施例1元胞结构示意图；

图2为本发明提出的实施例2元胞结构示意图；

图3为本发明提出的实施例3元胞结构示意图；

图4为本发明提出的实施例4元胞结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

实施例1

如图1所示，本例的结构包括自下而上依次层叠设置的p衬底1、埋氧层2和顶部半导体层；沿器件横向方向，所述的顶部半导体层从器件一侧到另一侧依次具有阴极结构、p阱区4、n漂移区3和阳极结构；所述阴极结构包括p+体接触区6和n+阴极区5，所述p+体接触区6的底部与埋氧层2接触，所述n+阴极区5位于p阱区4上层，且n+阴极区5与p+体接触区6和p阱区4接触，p+体接触区6与p阱区4接触；p+体接触区6和n+阴极区5的共同引出端为阴极；所述p阱区4与n漂移区3接触；在所述n+阴极区5与n漂移区3之间的p阱区4上表面具有栅极结构；所述栅极结构包括栅介质7和覆盖在栅介质7之上的栅多晶硅8，栅多晶硅8的引出端为栅电极；所述阳极结构包括沿器件纵向方向交替排列的p+阳极区9和n+阳极区10，所述p+阳极区9和n+阳极区10与n漂移区3和埋氧层2接触，所述p+阳极区9和n+阳极区10的共同引出端为阳极；还包括n型岛区11和p型岛区12，所述n型岛区11和p型岛区12位于p+阳极区9和n+阳极区10靠近阴极结构的一侧，沿器件纵向方向，所述n型岛区11和p型岛区12交替排列，且n型岛区11和p型岛区12的底部与埋氧层2接触；本例中p型岛区12沿器件纵向方向上的宽度相等。

本例的工作原理为：

本例所示的器件无高浓度的场截止层，而在阳极区域引入交替分布的n型岛区和p型岛区，np交替结构不仅起到场截止的作用，而且使电子电流路径的重新分配，增加了阳极分布电阻，使器件在较小电流下进入双极模式，有效抑制电压折回现象。

实施例2

如图2所示，本例与实施例1的结构相比，区别在于本例中p型岛区12沿器件纵向方向上的宽度不相等，可在更小的纵向元胞尺寸下消除snapback效应。

实施例3

如图3所示，本例与实施例1的结构相比，区别在于本例中n型岛区11和p型岛区12与p+阳极区9和n+阳极区10是相互接触的。

实施例4

如图4所示，本例与实施例2的结构相比，区别在于本例中n型岛区11和p型岛区12与p+阳极区9和n+阳极区10是相互接触的且p型岛区12沿器件纵向方向上的宽度不相等。与实施例3相比，本例可在更小的纵向元胞尺寸下消除snapback效应。

技术特征：

技术总结
本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有交替NP耐压缓冲层结构的短路阳极SOI LIGBT。本发明与传统的短路阳极LIGBT相比，无高浓度的场截止层，而在阳极区域引入交替分布的N型岛区和P型岛区。在正向阻断时，P型岛区完全耗尽，不全耗尽的N型岛区将起到场截止的作用。器件处于单极模式导通时，受到P型岛区电子势垒阻挡，漂移区内电子电流流经N型岛区，以及岛区与阳极结构之间的高阻漂移区，最后被N+阳极收集。本发明的有益效果为，相比于传统LIGBT，具有更快的关断速度和和损耗；相比于传统的具有连续场截止层的短路阳极LIGBT，本发明在更小的纵向元胞尺寸下消除了电压折回现象。

技术研发人员：罗小蓉;赵哲言;邓高强;黄琳华;孙涛;张波
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2017.06.07
技术公布日：2017.09.15