[发明专利]一种提高电流密度的N型绝缘体上硅横向器件及其制备工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及功率半导体器件领域，更具体的说，是关于一种适用于高压大电流应用的提高电流密度的N型绝缘体上硅横向器件及其制备工艺。

背景技术：

随着人们对现代化生活需求的日益增强，功率集成电路产品的性能越来越受到关注，其中功率集成电路处理高电压、大电流的能力越来越成为最为主要的性能指标之一。决定功率集成电路处理高电压、大电流能力大小的因素除了功率集成电路本身电路结构、设计以及电路所采用的制造工艺之外，相同面积的单个器件能通过的电流能力是衡量功率集成电路性能和成本的关键。

由于功率半导体器件是电力电子系统进行能量控制和转换的基本电子元件，电力电子技术的不断发展为半导体功率器件开拓了广泛的应用领域，而半导体功率器件的导通电阻和击穿电压等特性则决定了电力电子系统的效率、功耗等基本性能。

近来绝缘体上硅制造技术日益成熟，与通过传统的体型衬底硅晶圆生产的芯片相比，基于绝缘体上硅的芯片结构中绝缘层把活动硅膜层与体型衬底硅基板分隔开来，因此大面积的PN结将被介电隔离取代。各种阱可以向下延伸至氧化埋层，有效减少了漏电流和结电容。其结果必然是大幅度提高了芯片的运行速度，拓宽了器件工作的温度范围。随着绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的出现，它以普通横向双扩散金属氧化物半导体晶体管无法比拟的优点(功耗低、抗干扰能力强、集成密度高、速度快、消除闩锁效应)而得到学术界和工业界的广泛垂青。

绝缘栅双极型晶体管综合了双极型晶体管和绝缘栅场效应管器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

目前，功率半导体单个器件一般都采用圆形或跑道型的对称结构。在某些需要处理大电流的场合，不得不通过增大器件面积来达到目的。而这一做法的缺点就是降低了芯片的集成度，从而芯片的成本将随之提高。如何在不增大器件面积的前提下，有效提高单个器件的电流处理能力越来越受到功率集成电路设计者们的关注。这也成为功率器件设计上的一个难题。

发明内容：

本发明提供一种能够有效提高电流密度的N型绝缘体上硅横向器件及其制备工艺。

本发明就是针对这一问题，通过改变N型缓冲区14的注入窗口的位置而得到一种使得器件电流密度大幅提高的新型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管。

本发明采用如下技术方案：

一种提高电流密度的N型绝缘体上硅横向器件，P型半导体衬底，在半导体衬底上面设置有埋氧化层，在埋氧化层上设有P外延层，在P外延层和上面设有N型漂移区与P型阱区，在P阱区表面设有N型源区和P型接触区，在N型漂移区上设有N型缓冲区，N型缓冲层上方设有P型漏区，在P外延层的表面还设有栅氧化层，且栅氧化层自P外延层6延伸至N型漂移区，在P外延层表面的N型源区、P型接触区和栅氧化层以外的区域及N型漂移区表面的N型漏区以外的区域设有场氧化层，在栅氧化层的表面设有多晶硅栅且多晶硅栅延伸至场氧化层的表面，在场氧化层、P型接触区、N型源区、多晶硅栅及N型漏区的表面设有氧化层，在N型源区、P型接触区、多晶硅栅和P型漏区上分别连接有金属层。所述的提高电流密度的高压N型绝缘体上硅横向器件的N型缓冲区为N型环状缓冲区且所述N型环状缓冲区向内扩散形成N型缓冲扩散区。

制造上述提高电流密度的N型绝缘体上硅横向器件制备工艺为：

第一步，在SOI上生长P型外延层；

第二步，光刻、注入磷与砷离子、扩散，生成N型漂移区；光刻、注入硼离子、扩散，生成P阱区；

第三步，光刻、注入磷与砷离子，形成环形N型缓冲区，再经过热扩散生成N型缓冲扩散区；

第四步，生长场氧化层、刻蚀、生长栅氧；

第五步，多晶硅栅淀积、回刻；

第六步，光刻、源区与漏区注入、扩散；

第七步，刻蚀氧化层形成接触孔；

第八步，金属层淀积、光刻、刻蚀，形成金属层。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：