[发明专利]一种具有可控集电极槽的SOI LIGBT

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种具有可控集电极槽的SOI LIGBT。本发明相对与传统结构，主要在集电极端引入可控集电极槽结构和集电极端引入多个槽栅结构。正向导通时，槽集电极相对于集电极的偏置电压为负值，集电极槽侧壁形成高浓度的P型反型层以增加空穴注入，而分段式槽栅结构起到空穴抽取的阻挡层；因此，漂移区内空穴/电子浓度提高，有利获得更低的正向导通压降；同时，由于N+集电区位于P+集电区上表面，未与N型漂移区接触，因此新器件没有电压折回效应。本发明的有益效果为，相对于传统短路阳极‑LIGBT结构，本发明具有更快的关断速度和更低的正向导通压降，而且没有电压折回效应。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有可控集电极槽的SOI LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，横向绝缘栅双极型晶体管)。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种MOSFET场效应和双极型晶体管(Bipolarjunction transistor，BJT)等效复合的新型电力电子器件。它兼具了MOSFET输入阻抗高和驱动简单的优点，以及BJT器件电流密度高和低导通压降的优势，已成为现代电力电子电路应用中的核心电子元器件之一。因其在高压大电流领域内独特的优势，IGBT器件广泛应用于交通运输、智能电网、家用电器、工业、医学、航空航天等众多领域。

LIGBT由于可以与COMS工艺良好兼容，且SOI技术具有泄漏电流小，便于隔离等优势，因此，SOI LIGBT是单片功率集成芯片的核心元器件。导通状态下，LIGBT器件漂移区内存在电导调制效应，因此漂移区内储存有高浓度的电子空穴对；器件关断过程中，空穴可以通过发射极端的体接触区流出，而电子在集电极端没有泄放通道，电子消失主要靠与空穴的复合，这使器件拖尾电流变长、关断速度变慢和关断损耗变大。

为了解决LIGBT长拖尾电流问题，研究者们提出了短路阳极LIGBT(SA-LIGBT，Shorted Anode LIGBT)，即在器件阳极端的P+集电区附近增加一个N+集电区，这样电子就可以通过N+集电区高速抽取出，器件关断速度被大大的加快。但是SA-LIGBT带来的一个严重的问题就是Snapback效应。一般的解决办法都是通过增大MOS模式下电子电流路径上P+集电区与N+集电区之间的电阻来克服Snapback效应。文献Juti-Hoon Chum，Dae-SeokByeon，Jae-Keun Oh.，Min-Koo Han and Ysaln-lk Choi，【A Fast-Switching SOI SA-LIGBT without NDR region】提出的SSA-LIGBT就是利用P+集电区和N+集电区中间高电阻率漂移区来产生足够高的压降，使P+集电区/N缓冲区二极管在较低的电压下就发生电导调制效应，有效抑制Snapback效应。但SSA-LIGBT结构中P+集电区和N+集电区之间需要足够长的漂移区才能有效消除Snapback效应，这极大的增加芯片面积和限制器件的电流密度，如图1所示。文献Long Zhang，Jing Zhu，Weifeng Sun，Yicheng Du，Hui Yu,，Keqin Huangand Longxing Shi，【A High Current Density SOI-LIGBT with Segmented Trenches inthe Anode Region for Suppressing Negative Differential Resistance Regime】在SSA-LIGBT的P+集电区和N+集电区之间插入一个留缝隙的隔离槽，从而增加电子路径上的电阻，有效的缩短了P+集电区和N+集电区之间的距离，如图2所示。该方法可消除Snapback效应，但是深槽制作会增加工艺难度和成本。此外，深槽处于集电极端，热载流子注入比较严重，将影响器件的稳定性和可靠性。Kun Zhou,Tao Sun,Qing Liu,Bo Zhang,Zhaoji Li,and Xiaorong Luo，【A Snapback-free Shorted-anode SOI LIGBT with Multi-SegmentAnode】设计出多分离段阳极(Multi-segment anode，MSA)LIGBT，通过引入多段高浓度的P型埋层，并折叠P+集电区的分布路径，有效增加电子电流路径长度，从而在小尺寸元胞下有效抑制snapback效应，如图3所示。