[发明专利]一种集成MOS自适应控制SOI LIGBT

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种集成MOS自适应控制SOI LIGBT。本发明的主要特征在于：在SOI LIGBT阴极侧集成2个MOS管，且通过氧化隔离槽互相隔离。MOS管通过电气连接可实现自适应控制SOI LIGBT。正向导通时，集成MOS自适应控制SOI LIGBT寄生二极管开启，增强电导调制效应，降低器件导通压降，增加器件饱和电流；短路状态下，集成MOS自适应控制SOI LIGBT寄生二极管截止，抑制闩锁效应，提高器件的抗短路能力。本发明的有益效果为，相对于传统SOI LIGBT结构，本发明具有更低的导通压降、更高的饱和电流以及更长的短路耐受时间。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种集成MOS自适应控制SOI LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，横向绝缘栅双极型晶体管)。

背景技术

IGBT作为电子电力器件的典型代表，既有MOSFET的输入阻抗高、栅控能力好以及驱动电路简单的好处，同时又具有BJT的高电流密度、低导通压降以及强电流处理能力的优点，目前已被广泛应用于高铁，电网，智能家电以及新能源汽车等领域。SOI基LIGBT由于采用介质隔离，其具有泄漏电流小，寄生电容小，抗辐照能力强的优势。此外，横向IGBT(LIGBT)便于集成，促使SOI LIGBT成为单片功率集成芯片的核心元器件。

IGBT低导通压降得益于导通时漂移区内的电导调制效应。继续降低IGBT的导通压降从而降低IGBT的导通功耗依然是IGBT重要的研究内容。降低IGBT的导通压降的典型技术有以下两种。其一，增大沟道密度，增加漂移区中的电子电流浓度，从而增强电导调制效应，降低导通压降，然而增大沟道密度会受到工艺的最小尺寸限制。其二，在阴极端引入具有空穴阻挡作用的载流子存储层，使靠近阴极端一侧的漂移区载流子浓度升高，减小导通压降，然而载流子存储层的掺杂浓度和厚度需要严格控制，否则会导致器件耐压降低。

此外，IGBT由于工作在饱和区的强电流能力，会在短路发生时的高压大电流状态下产生大的功耗，使其有发生闩锁、提前热击穿甚至失效的风险，因此IGBT的高饱和电流与短路时间的矛盾关系也是IGBT需要解决的问题。缓解二者的矛盾关系的典型技术有以下两种。其一，在阴极端引入高掺杂的P型埋层使与阴极寄生二极管并联的等效电阻值降低，抑制寄生二极管开启从而抑制闩锁。然而当IGBT电导调制效应较强时，该技术依然有发生闩锁的风险。其二，在阴极端引入空穴旁路，抽取阴极附近的空穴使电导调制效应被削弱，降低饱和电流，从而降低器件在发生短路时的功耗，提高短路能力。由于该技术削弱了器件导通时的电导调制效应，又会使器件的导通压降升高。

为此，本发明提出一种集成MOS自适应控制SOI LIGBT，实现低泄漏电流，低导通压降，高饱和电流以及长短路耐受时间。

发明内容

本发明针对上述问题提出一种集成MOS自适应控制SOI LIGBT。

本发明的技术方案是：

一种集成MOS自适应控制SOI LIGBT，包括自下而上依次层叠设置的P衬底1、埋氧层2和顶部半导体层；所述的顶部半导体层具有N型掺杂，沿器件横向方向，所述的顶部半导体层上层两端具有P阱区5和N型缓冲层4，在P阱区5和N型缓冲层4之间的N型半导体为N漂移区3；N型缓冲层4的上层具有P+阳极区6，所述P+阳极区6的引出端为阳极；在P阱区5上层靠近N型缓冲层4的方向依次具有集成MOS结构、并列设置的P+区8和N+区7，且集成MOS结构和P+区8之间通过第一介质隔离槽11隔离，P+区8与第一介质隔离槽11接触；在N+区7和N漂移区3之间的P阱区5具有LIGBT主栅结构；所述LIGBT主栅结构与N+区7、P阱区5和N漂移区3相接触；所述LIGBT主栅结构包括第一栅介质9和位于第一栅介质9上表面的第一栅多晶硅10；