[发明专利]一种大电流密度的横向超薄绝缘栅双极型晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件，特别是涉及一种集成在超薄工艺平台上的大电流密度的横向超薄绝缘栅双极型晶体管。

背景技术

高压功率集成电路中的智能功率模块可用于各种领域，如驱动和控制各种工业与民用、单相与三相电机。而智能功率模块中的功率开关元件为整个智能功率模块的关键部分，作为功率开关元件的IGBT不仅具有MOSFET工作速度快、输入阻抗大、驱动电路简单，还具有双极性晶体管载流量大的优点。正因为如此，这些年，IGBT频繁的应用在功率集成电路中。在IGBT中，L-IGBT引起了我们的关注，因为它比较适合集成在高密度集成电路中。在功率器件中，大容量的输出电流能力是很重要的。但是对于超薄L-IGBT由于电导调制效应不够明显，电流密度很难提高。如何在超薄L-IGBT源端和漏端获得大电流和大击穿电压成为提高整个集成电路性能的关键。所以作为功率开关元件中的超薄L-IGBT如何获得大电流密度无疑是智能功率模块电路及工艺研究的重要内容。

现有L-IGBT已有各种提高电流密度的方法，在这些提高电流密度方法中最为有效和突出的为东芝公司的美国专利US5731603提到的采用双沟道来提高厚膜L-IGBT的电流密度。该结构中P型基区两侧都有N型外延层，因此在N型源区两侧形成导电沟道之后，N型外延层可以提供电流流动的路径，但是，由于超薄膜结构中P型基区很容易延伸到下面的埋氧层而导致能够提供电流流动路径的N型外延层被夹断，因此，US5731603专利中提到的提高电流密度的方法在超薄结构中是行不通的。

发明内容

本发明提供一种大电流密度的横向超薄绝缘栅双极型晶体管，本发明解决了超薄L-IGBT电流密度较小的问题，在不牺牲击穿电压的条件下提高了电流密度。

本发明采用如下技术方案：

一种大电流密度的横向超薄绝缘栅双极型晶体管，包括P型衬底，在P型衬底上设有埋氧层，在埋氧层上设有N型外延层且N型外延层的厚度为0.1~2μm，在N型外延层内设有N型阱区及P型基区，在N型阱区内设有N型缓冲区，在N型阱区上设有场氧化层，并且，N型缓冲区的一个边界与场氧化层的一个边界相抵，在N型缓冲区内设有P型漏区，在P型基区内设有第一P型接触区和N型源区，在N型外延层内设有由P型环形基区构成的P型基区阵列，所述P型基区阵列位于N型阱区与P型基区之间，在所述P型环形基区内设有第二P型接触区和N型环形源区，第二P型接触区位于N型环形源区内，在场氧化层的与N型环形源区相邻的边界区域表面设有第一多晶硅栅，且第一多晶硅栅自场氧化层的边界朝N型环形源区方向延伸至N型环形源区的上方，在第一多晶硅栅的延伸区域下方设有第一栅氧化层，在N型外延层的上方设有第二多晶硅栅，并且，第二多晶硅栅的一个边界延伸至N型环形源区的上方，第二多晶硅栅的另一个边界延伸至N型源区的上方，在第二多晶硅栅的下方设有第二栅氧化层，在场氧化层、第一多晶硅栅、第二多晶硅栅、P型基区、P型环形基区、第一P型接触区、N型源区、第二P型接触区、N型环形源区、N型缓冲区及P型漏区上设有介质隔离氧化层，在第一P型接触区、N型源区、第二P型接触区及N型环形源区上连接发射极金属连线，在P型漏区上连接集电极金属连线，在第一多晶硅栅和第二多晶硅栅上连接栅极金属连线。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）本发明的一种大电流密度的横向超薄绝缘栅双极型晶体管采用了新结构，即在N型外延层（3）内设有由P型环形基区（6b）构成的P型基区阵列（17），所述P型基区阵列（17）位于N型阱区（4）与P型基区（6a）之间。相对于传统的源端只有1个P型基区的横向超薄绝缘栅双极型晶体管（图3），本发明实现了在栅压不断加大后，P型基区（6a）和P型环形基区（6b）的栅氧化层下面先出现耗尽层，当栅压达到阈值电压以后，P型基区（6a）和P型环形基区（6b）的栅氧化层下面出现反型层，这相当于增加了横向超薄绝缘栅双极型晶体管中寄生NMOS管的导电沟道，即增加了寄生NMOS管电流。由图1所示，在x方向和y方向的N型外延层（3）又可以提供电流流动的路径，那么寄生NMOS管电流就可以作为横向超薄绝缘栅双极型晶体管中PNP管的基区电流，使P型基区（6a）和P型环形基区（6b）内的第一P型接触区（7a）和第二P型接触区（7b）增加了收集空穴的能力，最终提高了横向超薄绝缘栅双极型晶体管的电流密度。