[实用新型]降低热载流子效应的P型横向绝缘栅双极型器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及高压功率半导体器件领域，是关于一种适用于高压应用的降低热载流子效应的P型横向绝缘栅双极型器件。

背景技术

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。

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，其中功率集成电路的寿命越来越成为最为主要的性能指标之一。决定功率集成电路使用寿命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，所采用的功率器件性能便是功率集成电路整体性能的关键。

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NP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，功率半导体器件的主要性能由击穿电压，导通电阻，增益来衡量。另外，由于功率半导体器件工作在很高的电压下，热载流子效应会导致器件的阈值电压，导通电阻，增益等性能参数随着使用时间的增加而出现不同程度的退化，严重影响器件的使用寿命。如何降低热载流子效应成为研究功率半导体器件，提高器件寿命的重要课题之一。

本实用新型就是针对这一问题而提出的改进结构的绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管。

实用新型内容

本实用新型提供一种能够有效降低热载流子效应的P型横向绝缘栅双极型器件。

本实用新型采用如下技术方案：

一种降低热载流子效应的P型横向绝缘栅双极型器件，包括：N型衬底，在N型衬底上设有埋氧，在埋氧上设有N型外延层，在N型外延层上设有P型阱和N阱区，在P型阱上设有P型缓冲阱，在P型缓冲阱上设有N型阳区，在N阱区上设有P型阴区和N型体接触区，在N型外延区的表面设有栅氧化层且栅氧化层自N型外延区延伸至P型阱区，在N型阳区、N型体接触区、P型阴区和栅氧化层以外的区域设有场氧化层，在栅氧化层的上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、N型体接触区、P型阴区、多晶硅栅及N型阳区的表面设有氧化层，在N型阳区、N型体接触区、P型阴区和多晶硅栅上分别连接有金属层。其特征在于在N阱区的下部、埋氧之上设有N型埋层，插入N型外延层一部分，与N阱区整体构成反向的“L”型N区。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型器件在N阱区13的下部制作一个浓度不小于N阱区13的N型埋层14，可以有效的将电子电流的路径引到器件底部，然后从N阱区13流入N型体接触区11(参见附图4)。而在一般的器件结构中电子电流的路径是在沟道区下方且离沟道区很近的区域(参见附图3)。因而本实用新型结构能有效降低沟道区的离子产生率(参见附图5)，从而降低热载流子注入的剂量。

(2)本实用新型器件的好处在于将电流路径引到器件底部后能有效降低沟道区的纵向电场的峰值(参见附图6)，从而通过减低热载流子的注入能量来降低热载流子注入氧化层的可能性。

(3)本实用新型器件的好处在于能明显降低载流子温度(参见附图7)，从而有效地抑制了器件热载流子效应的发生。

(4)本实用新型器件在延长的器件的热载流子退化寿命的同时，可以通过合理的设置N型埋层14的位置和浓度使得器件阈值电压和导通电阻以及击穿电压等器件特性参数不发生改变。

(5)本实用新型器件的N型埋层可以通过高能量的硼离子注入后退火形成，不引入额外的工艺过程，与现有的集成电路制造工艺完全兼容。

附图说明

图1是剖面图，图示出了一般的P型横向高压绝缘栅双极型器件的剖面结构。

图2是剖面图，图示了本实用新型改进的P型横向高压绝缘栅双极型器件的剖面结构。

图3是一般器件结构的电流路径示意图。