[发明专利]一种具有可控集电极槽的SOI LIGBT

权利要求书

1.一种具有可控集电极槽的SOILIGBT，包括自下而上的衬底层(1)、绝缘介质层(2)和N型漂移区(3)；所述N型漂移区(3)一端包括发射极结构和栅极结构，另一端包括集电极结构和集电极槽结构；

所述的发射极结构包括P阱区(4)、P+体接触区(5)和N+发射区(6)，所述P+体接触区(5)和所述N+发射区(6)位于所述P阱区(4)上表面，且所述N+发射区(6)位于所述P+体接触区(5)两侧，所述P+体接触区(5)和N+发射区(6)的共同引出端为发射极；

其特征包括：所述的栅极结构包括平面栅结构和多个槽栅结构，所述的槽栅结构包括：位于P阱区(4)远离N型漂移区(3)一侧的第一槽栅介质层(72)和所述第一槽栅介质层(72)中的第一槽栅多晶硅层(82)，且所述第一槽栅介质层(72)与N+发射区(6)和P阱区(4)接触；位于P阱区(4)靠近N型漂移区(3)一侧的分段式槽栅，所述分段式槽栅为沿器件同时与水平面和垂直面垂直的第三维方向具有分段结构，每一段槽栅包含第二槽栅介质层(73)和所述第二槽栅介质层(73)中的第二槽栅多晶硅层(83)，且所述第二槽栅介质层(73)一侧与N+发射区(6)和P阱区(4)接触，另一侧与N型漂移区(3)接触；所述的槽栅结构的结深大于所述的P阱区(4)的结深；所述的平面栅结构包括栅介质层(71)和所述栅介质层(71)之上的栅多晶硅层(81)，所述栅介质层(71)位于所述P阱区(4)之上且与所述N+发射区(6)有部分交叠；所述平面栅结构覆盖分段式第二槽栅介质层(73)之间的N型漂移区(3)；所述栅多晶硅层(81)、第一槽栅多晶硅层(82)与第二槽栅多晶硅层(83)的共同引出端为栅极；

所述集电极结构包括P+集电区(9)和N+集电区(10)，所述P+集电区(9)位于所述N型漂移区(3)上表面，所述N+集电区(10)位于所述P+集电区(9)上表面；所述P+集电区(9)和所述N+集电区(10)的共同引出端为集电极；

所述集电极槽结构横向穿过所述N+集电区(10)和P+集电区(9)，并延伸到所述N型漂移区(3)中，集电极槽结构的纵向深度大于P+集电区(9)；所述集电极槽结构包括槽介质层(12)和槽多晶硅层(13)，所述槽多晶硅层(13)的引出端为槽集电极；所述的槽集电极与集电极之间存在偏置电压：器件导通时槽集电极相对于集电极的电压为负值，集电极槽结构侧壁形成高浓度的P型反型层，折叠的集电极槽结构增加了空穴注入面积，从而增强器件空穴注入效率，而且集电极一侧的分段式槽栅结构起到空穴阻挡层作用，使得器件漂移区内空穴-电子浓度得到提高，从而降低器件正向导通压降；器件关断时槽集电极相对于集电极的电压为正值，集电极槽侧壁形成高浓度的N型积累层，使得N+集电区(10)与N型漂移区(3)短接，形成电子的快速抽取路径，而且由于N+集电区(10)与N型漂移区(3)短接，P+集电区(10)与N型漂移区(3)之间几乎等电位，从而抑制集电极端空穴注入，提高器件关断速度。

2.根据权利要求1所述的一种具有可控集电极槽的SOILIGBT，其特征在于，所述的集电极结构端引入N型缓冲层(11)，所述N型缓冲层(11)位于所述N型漂移区(3)上表面，集电极机结构位于所述N型缓冲层(11)上表面；所述集电极槽结构横向穿过所述N+集电区(10)、P+集电区(9)和N型缓冲层(11)，并延伸到所述N型漂移区(3)中，其纵向深度大于N型缓冲层(11)。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有可控集电极槽的SOILIGBT，其特征在于，所述的集电极槽结构中的槽介质层(12)下表面与绝缘介质层(2)的上表面相连接。

4.根据权利要求3所述的一种具有可控集电极槽的SOILIGBT，其特征在于，所述衬底层(1)采用的半导体材料为Si、SiC、SiGe、GaAs和GaN中的一种。