專利名稱：一種具有p埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有P埋層的縱向溝道SOI (絕緣層上的硅)LIGBT (橫向絕緣柵雙極晶體管)器件單元。
背景技術(shù)：
SOI LIGBT器件由于其較小的體積、重量，較高的工作溫度和較強的抗輻照能力， 較低的成本和較高的可靠性，作為無觸點功率電子開關(guān)或功率驅(qū)動器在智能電力電子、高溫環(huán)境電力電子、空間電力電子和交通工具電力電子等技術(shù)中具有廣泛應(yīng)用。常規(guī)SOI LIGBT是在SOI襯底的η—漂移區(qū)上形成場氧化層；在近陰極區(qū)端采用雙離子注入多晶硅自對準(zhǔn)摻雜技術(shù)形成橫向短溝道nMOSFET及多晶硅柵場板，附加ρ+離子注入摻雜實現(xiàn)p-wel 1 阱接觸；由多晶硅柵引出柵極金屬引線，n+p+區(qū)引出陰極金屬引線；在近陽極端通過磷離子注入摻雜形成η型緩沖區(qū)，在該η型緩沖區(qū)內(nèi)進(jìn)行兩步ρ型雜質(zhì)注入形成輕摻雜ρ陽極區(qū)及其P+重?fù)诫s第二P阱歐姆接觸區(qū)，并引出陽極金屬引線與陽極金屬場板。該SOI LIGBT器件導(dǎo)通時，其導(dǎo)電溝道位于頂層正表面，且為橫向溝道，柵場板覆蓋于較厚的柵氧化層上，導(dǎo)致通態(tài)電流向漂移區(qū)正表面集中，擴(kuò)展電阻大，漂移區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不均勻，通態(tài)電阻大， 通態(tài)壓降高，通態(tài)電流小，而通態(tài)功耗高，器件工作效率低，溫升快，不利于提高器件和系統(tǒng)可靠性、節(jié)省能源與保護(hù)環(huán)境。而且，該SOI LIGBT器件是在均勻摻雜的頂層硅膜上外延 η—漂移區(qū)。這種器件結(jié)構(gòu)的縱向耐壓不高，很容易優(yōu)先縱向擊穿，嚴(yán)重限制器件橫向耐壓的改善；采用厚隱埋氧化層提高縱向耐壓時會嚴(yán)重加劇自加熱效應(yīng)，導(dǎo)致器件熱特性明顯惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有P埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元，一方面引導(dǎo)漂移區(qū)電流均勻分布，明顯改善擴(kuò)展電阻、電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，降低通態(tài)電阻和通態(tài)功耗；另一方面在減薄隱埋氧化層厚度條件下顯著改善器件的縱向耐壓， 從而為進(jìn)一步改善器件橫向耐壓創(chuàng)造條件；同時確保器件具有優(yōu)良的熱特性。本發(fā)明包括ρ型半導(dǎo)體襯底、隱埋氧化層、ρ埋層區(qū)、η型輕摻雜漂移區(qū)、柵氧化層， 隱埋氧化層覆蓋在P型半導(dǎo)體襯底上，P埋層區(qū)覆蓋在隱埋氧化層上，η型輕摻雜漂移區(qū)和柵氧化層并排設(shè)置在P埋層區(qū)上，η型輕摻雜漂移區(qū)和柵氧化層相接，η型重?fù)诫s多晶硅柵緊鄰柵氧化層設(shè)置，η型重?fù)诫s多晶硅柵的一側(cè)與柵氧化層的一側(cè)相接。在η型輕摻雜漂移區(qū)頂部兩側(cè)分別嵌入第一 ρ型阱區(qū)和η型緩沖區(qū)，其中第一 P 型阱區(qū)為P型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)，η型緩沖區(qū)為η型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)，第一 P型阱區(qū)的一側(cè)與柵氧化層的另一側(cè)相接。第一 ρ型阱區(qū)的頂部嵌入η型陰極區(qū)和第一 ρ阱歐姆接觸區(qū)，η型陰極區(qū)的一側(cè)與第一 P阱歐姆接觸區(qū)相接，η型陰極區(qū)的另一側(cè)與柵氧化層相接，第一 P阱歐姆接觸區(qū)設(shè)置在η型陰極區(qū)與η型緩沖區(qū)之間；η型緩沖區(qū)的頂部嵌入第二 ρ型阱區(qū)和陽極短路點區(qū)，第二 P型阱區(qū)和陽極短路點區(qū)相接，第二 P型阱區(qū)設(shè)置在陽極短路點區(qū)與第一 P型阱區(qū)之間，其中第二 P型阱區(qū)為P型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)，陽極短路點區(qū)為Π型重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)；第二 P型阱區(qū)的頂部嵌入第二 P阱歐姆接觸區(qū)，第二 P阱歐姆接觸區(qū)與陽極短路點區(qū)相接。η型重?fù)诫s多晶硅柵的頂部設(shè)置有第一場氧化層，η型輕摻雜漂移區(qū)的頂部設(shè)置有第二場氧化層，陽極短路點區(qū)的頂部設(shè)置有陽極金屬電極；第一場氧化層覆蓋了相鄰的 η型重?fù)诫s多晶硅柵的頂部、柵氧化層的頂部，以及η型陰極區(qū)頂部的一部分；第二場氧化層覆蓋了相鄰的第一 P阱歐姆接觸區(qū)頂部的一部分、第一 P型阱區(qū)的頂部、η型輕摻雜漂移區(qū)的頂部、η型緩沖區(qū)的頂部、第二 ρ型阱區(qū)的頂部，以及第二 ρ阱歐姆接觸區(qū)頂部的一部分；陽極金屬電極覆蓋了相鄰的第二 P阱歐姆接觸區(qū)頂部的一部分，以及陽極短路點區(qū)的頂部；陰極金屬電極覆蓋了相鄰的η型陰極區(qū)頂部的一部分和第一ρ阱歐姆接觸區(qū)頂部的一部分，并且分別與第一場氧化層和第二場氧化層相接；金屬柵極緊鄰η型重?fù)诫s多晶硅柵設(shè)置，并與η型重?fù)诫s多晶硅柵的另一側(cè)、以及柵氧化層和第一場氧化層相接。本發(fā)明由于將SOI LIGBT的溝道方向由橫向變?yōu)榭v向，增加了縱向柵場板，同時將表面陽極變?yōu)轶w陽極，一方面消除了器件導(dǎo)通時通態(tài)電流向漂移區(qū)正表面集中的不良效應(yīng)，降低了擴(kuò)展電阻，改善了漂移區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，提高了通態(tài)電流，降低了通態(tài)電阻和通態(tài)壓降，從而降低了通態(tài)功耗；另一方面采用隱埋P型層，在薄隱埋氧化層條件下大大地提高了器件的縱向耐壓，改善了器件的縱向擊穿特性，同時明顯改善器件的熱特性。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的俯視圖3為圖1的A-A截面示意圖； 圖4為圖1的B-B截面示意圖。
具體實施例方式如圖1、2、3和4所示，一種具有P埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元，包括ρ型半導(dǎo)體襯底1、隱埋氧化層2、ρ埋層區(qū)3、η型輕摻雜漂移區(qū)4、柵氧化層5，隱埋氧化層2覆蓋在P型半導(dǎo)體襯底1上，P埋層區(qū)3覆蓋在隱埋氧化層2上，η型輕摻雜漂移區(qū)4和柵氧化層5并排設(shè)置在ρ埋層區(qū)3上，η型輕摻雜漂移區(qū)4和柵氧化層5相接，η型重?fù)诫s多晶硅柵6緊鄰柵氧化層5設(shè)置，η型重?fù)诫s多晶硅柵6的一側(cè)與柵氧化層5的一側(cè)相接。在η型輕摻雜漂移區(qū)4頂部兩側(cè)分別嵌入第一 ρ型阱區(qū)11和η型緩沖區(qū)17，其中第一 P型阱區(qū)11為P型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)，η型緩沖區(qū)17為η型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)，第一 P型阱區(qū)11的一側(cè)與柵氧化層5的另一側(cè)相接。第一 ρ型阱區(qū)11的頂部嵌入η型陰極區(qū)10和第一 ρ阱歐姆接觸區(qū)12，η型陰極區(qū)10的一側(cè)與第一 P阱歐姆接觸區(qū)12相接，η型陰極區(qū)10的另一側(cè)與柵氧化層5相接， 第一 P阱歐姆接觸區(qū)12設(shè)置在η型陰極區(qū)10與η型緩沖區(qū)17之間；η型緩沖區(qū)17的頂部嵌入第二 ρ型阱區(qū)16和陽極短路點區(qū)15，第二 ρ型阱區(qū)16和陽極短路點區(qū)15相接，第二 P型阱區(qū)16設(shè)置在陽極短路點區(qū)15與第一 ρ型阱區(qū)11之間，其中第二 ρ型阱區(qū)16為 P型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)，陽極短路點區(qū)15為η型重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)；第二 ρ型阱區(qū)16的頂部嵌入第二 P阱歐姆接觸區(qū)14，第二 ρ阱歐姆接觸區(qū)14與陽極短路點區(qū)15相接。
η型重?fù)诫s多晶硅柵6的頂部設(shè)置有第一場氧化層8-1，η型輕摻雜漂移區(qū)4的頂部設(shè)置有第二場氧化層8-2，陽極短路點區(qū)15的頂部設(shè)置有陽極金屬電極13 ；第一場氧化層8-1覆蓋了相鄰的η型重?fù)诫s多晶硅柵6的頂部、柵氧化層5的頂部，以及η型陰極區(qū)10 頂部的一部分；第二場氧化層8-2覆蓋了相鄰的第一 ρ阱歐姆接觸區(qū)12頂部的一部分、第
一P型阱區(qū)11的頂部、η型輕摻雜漂移區(qū)4的頂部、η型緩沖區(qū)17的頂部、第二 ρ型阱區(qū) 16的頂部，以及第二 ρ阱歐姆接觸區(qū)14頂部的一部分；陽極金屬電極13覆蓋了相鄰的第
二P阱歐姆接觸區(qū)14頂部的一部分，以及陽極短路點區(qū)15的頂部；陰極金屬電極9覆蓋了相鄰的η型陰極區(qū)10頂部的一部分和第一 ρ阱歐姆接觸區(qū)12頂部的一部分，并且分別與第一場氧化層8-1和第二場氧化層8-2相接；金屬柵極7緊鄰η型重?fù)诫s多晶硅柵6設(shè)置， 并與η型重?fù)诫s多晶硅柵6的另一側(cè)、以及柵氧化層5和第一場氧化層8-1相接。
權(quán)利要求
1. 一種具有P埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元，包括P型半導(dǎo)體襯底(1)、隱埋氧化層O)、P埋層區(qū)(3)、η型輕摻雜漂移區(qū)0)、柵氧化層(5)，其特征在于隱埋氧化層( 覆蓋在P型半導(dǎo)體襯底(1)上，P埋層區(qū)C3)覆蓋在隱埋氧化層(2) 上，η型輕摻雜漂移區(qū)(4)和柵氧化層( 并排設(shè)置在ρ埋層區(qū)C3)上，η型輕摻雜漂移區(qū) ⑷和柵氧化層(5)相接，η型重?fù)诫s多晶硅柵(6)緊鄰柵氧化層(5)設(shè)置，η型重?fù)诫s多晶硅柵(6)的一側(cè)與柵氧化層(5)的一側(cè)相接；在η型輕摻雜漂移區(qū)(4)頂部兩側(cè)分別嵌入第一 ρ型阱區(qū)(11)和η型緩沖區(qū)(17)，其中第一 P型阱區(qū)(11)為P型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)，η型緩沖區(qū)(17)為η型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)，第一 P型阱區(qū)(11)的一側(cè)與柵氧化層(5)的另一側(cè)相接；第一 P型阱區(qū)(11)的頂部嵌入η型陰極區(qū)(10)和第一 ρ阱歐姆接觸區(qū)(12)，η型陰極區(qū)(10)的一側(cè)與第一 ρ阱歐姆接觸區(qū)(12)相接，η型陰極區(qū)(10)的另一側(cè)與柵氧化層 (5)相接，第一 ρ阱歐姆接觸區(qū)(1 設(shè)置在η型陰極區(qū)(10)與η型緩沖區(qū)(17)之間；η 型緩沖區(qū)(17)的頂部嵌入第二 ρ型阱區(qū)(16)和陽極短路點區(qū)(15)，第二 ρ型阱區(qū)(16) 和陽極短路點區(qū)(15)相接，第二 ρ型阱區(qū)(16)設(shè)置在陽極短路點區(qū)(15)與第一 ρ型阱區(qū)(11)之間，其中第二P型阱區(qū)(16)為ρ型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)，陽極短路點區(qū)(15)為η型重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)；第二 P型阱區(qū)(16)的頂部嵌入第二 ρ阱歐姆接觸區(qū)(14)，第二 ρ阱歐姆接觸區(qū)(14)與陽極短路點區(qū)(15)相接；η型重?fù)诫s多晶硅柵(6)的頂部設(shè)置有第一場氧化層(8-1)，η型輕摻雜漂移區(qū)的頂部設(shè)置有第二場氧化層(8-2)，陽極短路點區(qū)(1 的頂部設(shè)置有陽極金屬電極(1 ；第一場氧化層(8-1)覆蓋了相鄰的η型重?fù)诫s多晶硅柵(6)的頂部、柵氧化層(5)的頂部，以及η型陰極區(qū)(10)頂部的一部分；第二場氧化層(8- 覆蓋了相鄰的第一 ρ阱歐姆接觸區(qū)(12)頂部的一部分、第一ρ型阱區(qū)(11)的頂部、η型輕摻雜漂移區(qū)的頂部、η型緩沖區(qū) (17)的頂部、第二 ρ型阱區(qū)(16)的頂部，以及第二 ρ阱歐姆接觸區(qū)(14)頂部的一部分；陽極金屬電極(1 覆蓋了相鄰的第二 P阱歐姆接觸區(qū)(14)頂部的一部分，以及陽極短路點區(qū)(1 的頂部；陰極金屬電極(9)覆蓋了相鄰的η型陰極區(qū)(10)頂部的一部分和第一 ρ 阱歐姆接觸區(qū)(1 頂部的一部分，并且分別與第一場氧化層(8-1)和第二場氧化層(8-2) 相接；金屬柵極(7)緊鄰η型重?fù)诫s多晶硅柵(6)設(shè)置，并與η型重?fù)诫s多晶硅柵(6)的另一側(cè)、以及柵氧化層( 和第一場氧化層(8-1)相接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有p埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元?，F(xiàn)有產(chǎn)品限制了器件結(jié)構(gòu)與電學(xué)特性的改善。本發(fā)明順序包括p型半導(dǎo)體襯底、隱埋氧化層、p埋層區(qū)，p埋層區(qū)的頂部依次并排設(shè)置有金屬柵極、n型重?fù)诫s多晶硅柵、柵氧化層和n型輕摻雜漂移區(qū)，在n型輕摻雜漂移區(qū)頂部兩側(cè)分別嵌入第一p型阱區(qū)和n型緩沖區(qū)，第一p型阱區(qū)的頂部嵌入n型陰極區(qū)和第一p阱歐姆接觸區(qū)，n型緩沖區(qū)的頂部嵌入第二p型阱區(qū)和陽極短路點區(qū)，第二p型阱區(qū)頂部嵌入第二p阱歐姆接觸區(qū)；器件單元頂部設(shè)置有第一場氧化層、第二場氧化層、陽極金屬電極和陰極金屬電極。本發(fā)明降低了擴(kuò)展電阻，改善了漂移區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，降低了通態(tài)功耗，并明顯改善器件的熱特性。
文檔編號H01L29/06GK102157550SQ201110056339
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者劉怡新, 吳倩倩, 孔令軍, 張海鵬, 汪洋, 趙偉立, 齊瑞生 申請人:杭州電子科技大學(xué)