一種介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的ligbt器件及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件及制造方法，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]橫向絕緣柵雙極晶體管LIGBT (Lateral Insulator Gate Bipolar Transistor)是MOS柵器件結(jié)構(gòu)與雙極晶體管結(jié)構(gòu)相結(jié)合而成的復(fù)合型功率器件，具有高輸入阻抗和低導(dǎo)通壓降的特點(diǎn)。和LDMOS不同的是LIGBT是一種雙極型器件，導(dǎo)通時(shí)不僅有電子電流，陽極P+會向漂移區(qū)注入空穴產(chǎn)生電子電流，這就造成關(guān)斷時(shí)間變長。通常降低關(guān)斷時(shí)間的陽極短路結(jié)構(gòu)可以在器件關(guān)斷時(shí)提供一個(gè)電子的抽取通道，但是導(dǎo)通時(shí)有一個(gè)由LDMOS模式向LIGBT模式轉(zhuǎn)變的過程，因此帶來負(fù)阻效應(yīng)，影響器件的穩(wěn)定性。介質(zhì)隔離LIGBT可以抑制負(fù)阻效應(yīng)，但是因?yàn)榻橘|(zhì)槽深度，寬度的要求會使器件的尺寸變大。陽極P+、N+分離的結(jié)構(gòu)也可以抑制負(fù)阻效應(yīng)，但是同樣由于兩者之間的距離使器件整體尺寸變大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題所提出的技術(shù)方案是:一種介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件，在硅襯底I上具有埋氧層2 ;埋氧層上具有漂移區(qū)3 ;漂移區(qū)一側(cè)為陰極區(qū)，一側(cè)為陽極區(qū)；在P體區(qū)4中依次為陰極重?fù)诫sP+區(qū)5、陰極重?fù)诫sN+區(qū)6 ;陽極P+區(qū)8下輕摻雜N緩沖區(qū)7，陽極重?fù)诫sN+區(qū)11下輕摻雜P緩沖區(qū)10，P緩沖區(qū)10不完全包圍陽極重?fù)诫sN+區(qū)11，空隙距離為d，陽極P+區(qū)8和N+區(qū)11之間用二氧化硅介質(zhì)9隔離；器件上部依次為陰極12、柵極13、陽極15 ;陰極重?fù)诫sN+區(qū)6、漂移區(qū)3之間，P體區(qū)4的上端為溝道16 ;柵極13橫跨陰極重?fù)诫sN+區(qū)6、溝道16、漂移區(qū)3上方，中間有較薄的氧化層14隔離；所述硅襯底1、漂移區(qū)3、陰極重?fù)诫sN+區(qū)6、N緩沖區(qū)7、陽極重?fù)诫sN+區(qū)11為N型；陰極P體區(qū)4、陰極重?fù)诫sP+區(qū)5、陽極重?fù)诫sP+區(qū)8、輕摻雜P緩沖區(qū)10為P型。
[0005]優(yōu)選的，所述硅襯底I為SOI硅襯底。
[0006]優(yōu)選的，所述陽極區(qū)空隙距離d可調(diào)。
[0007]為了解決上述另一技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是:一種基于介質(zhì)隔離和結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件，其制造方法包括以下步驟:
[0008]第I步，在SOI硅襯底I上外延N漂移區(qū)3 ；
[0009]第2步，在N漂移區(qū)3注入輕摻雜N緩沖區(qū)7 ；
[0010]第3步，在N漂移區(qū)3中注入輕摻雜P體區(qū)4和輕摻雜P緩沖區(qū)10 ；
[0011]第4步，在表面生長氧化層14，在N漂移區(qū)3中刻槽二氧化硅介質(zhì)9 ;
[0012]第5步，在P體區(qū)4中注入陰極重?fù)诫sN+區(qū)6，在P緩沖區(qū)10中注入陽極重?fù)诫sN+ 區(qū) 11 ;
[0013]第6步，在P體區(qū)4中注入陰極重?fù)诫sP+區(qū)5，在N緩沖區(qū)7中注入陽極重?fù)诫sP+ 區(qū) 8 ;
[0014]第7步，在表面制造電極陰極12，柵極13，陽極15。
[0015]優(yōu)選的，所述第I步中，N漂移區(qū)3濃度為2X10_15cm_3，所述第2、3步中，N緩沖7、P體區(qū)4和P緩沖區(qū)10濃度為3X 10_16cm_3，所述第5、6步中，陰極重?fù)诫sN+區(qū)6、陽極重?fù)诫sN+區(qū)11、陰極重?fù)诫sP+區(qū)5、陽極重?fù)诫sP+區(qū)8濃度為I X 10_2°cm_3。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，一方面介質(zhì)9的深度和寬度的要求降低，減小了器件的尺寸和設(shè)計(jì)難度，另一方面P緩沖區(qū)10相對N+區(qū)11提供了一個(gè)勢皇，減弱了導(dǎo)通時(shí)的LDMOS模式，抑制負(fù)阻效應(yīng)，隨著空隙d的減小，負(fù)阻效應(yīng)消除。但是關(guān)斷時(shí)依然存在電子抽取通道，使關(guān)斷時(shí)間降低。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖對發(fā)明的作進(jìn)一步說明。
[0019]圖1.普通短路LIGBT剖面示意圖；
[0020]圖2.介質(zhì)隔離LIGBT器件的剖面示意圖；
[0021]圖3.陽極分離LIGBT器件的剖面示意圖；
[0022]圖4.介質(zhì)隔離和結(jié)隔離相結(jié)合LIGBT器件的剖面示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0024]如附圖4所示，基于介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件，在硅襯底I上具有埋氧層2 ;埋氧層上具有漂移區(qū)3 ;漂移區(qū)一側(cè)為陰極區(qū)，一側(cè)為陽極區(qū)；在？體區(qū)4中依次為陰極重?fù)诫sP+區(qū)5、陰極重?fù)诫sN+區(qū)6 ;陽極P+區(qū)8下輕摻雜N緩沖區(qū)7，陽極重?fù)诫sN+區(qū)11下輕摻雜P緩沖區(qū)10，P緩沖區(qū)10不完全包圍陽極重?fù)诫sN+區(qū)11，空隙距離為d，d可調(diào)。陽極P+區(qū)8和N+區(qū)11之間用二氧化硅介質(zhì)9隔離；器件上部依次為陰極12、柵極13、陽極15 ;陰極重?fù)诫sN+區(qū)6、漂移區(qū)3之間，P體區(qū)4的上端為溝道16 ;柵極13橫跨陰極重?fù)诫sN+區(qū)6、溝道16、漂移區(qū)3上方，中間有較薄的氧化層14隔離；所述硅襯底1、漂移區(qū)3、陰極重?fù)诫sN+區(qū)6、N緩沖區(qū)7、陽極重?fù)诫sN+區(qū)11為N型；陰極P體區(qū)4、陰極重?fù)诫sP+區(qū)5、陽極重?fù)诫sP+區(qū)8、輕摻雜P緩沖區(qū)10為P型。
[0025]與普通的陽極短路LIGBT相比較，本發(fā)明創(chuàng)新之處在于陽極區(qū)的改變，普通陽極短路結(jié)構(gòu)中，如圖1所示，陽極N緩沖區(qū)包圍P+、N+，且二者相連。本發(fā)明結(jié)構(gòu)只有陽極P+下有N緩沖區(qū)，陽極N+下是不完全包圍N+的P緩沖區(qū)，并且N+、P+之間用介質(zhì)隔離。
[0026]該發(fā)明結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢體現(xiàn)在當(dāng)LIGBT導(dǎo)通且電流較小時(shí)，由于P緩沖區(qū)產(chǎn)生的勢皇的存在，電子電流由陽極N+下方的空隙流向N+，弱化了 LDMOS模式。電流逐漸增大，直到陽極PN結(jié)導(dǎo)通，進(jìn)而發(fā)生電導(dǎo)調(diào)制，陽極P+向漂移區(qū)注入空穴，器件進(jìn)入LIGBT模式。在由LDMOS模式向LIGBT模式轉(zhuǎn)變的過程是漸變的，不再像普通LIGBT —樣突然轉(zhuǎn)變，因此可以消除負(fù)阻效應(yīng)；另外器件關(guān)斷時(shí)，陽極N+可以通過空隙對電子進(jìn)行抽取，保證了關(guān)斷速度，降低開關(guān)損耗。
[0027]該發(fā)明結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢還體現(xiàn)于在消除負(fù)阻效應(yīng)的目標(biāo)下介質(zhì)隔離LIGBT，如圖2所示，對氧化槽的深度和寬度要求比較大，陽極分離LIGBT，如圖3所示，陽極區(qū)N+和P+之間同樣需要很大的距離，本結(jié)構(gòu)與之相比由于有陽極N+下方的P緩沖區(qū)對電子提供勢皇，使導(dǎo)通時(shí)電子繞過P緩沖區(qū)從右側(cè)空隙進(jìn)入漂移區(qū)，所以氧化槽的深度、寬度要求相對小得多，在同等P+和N+寬度的情況下器件橫向尺寸更小，因此可以節(jié)約面積和成本。
[0028]基于介質(zhì)隔離和結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件，其制造方法包括以下步驟:
[0029]第I步，在SOI硅襯底I上外延N漂移區(qū)3 ;
[0030]第2步，在N漂移區(qū)3注入輕摻雜N緩沖區(qū)7 ；
[0031]第3步，在N漂移區(qū)3中注入輕摻雜P體區(qū)4和輕摻雜P緩沖區(qū)10;
[0032]第4步，在表面生長氧化層14，在N漂移區(qū)3中刻槽二氧化硅介質(zhì)9 ;
[0033]第5步，在P體區(qū)4中注入陰極重?fù)诫sN+區(qū)6，在P緩沖區(qū)10中注入陽極重?fù)诫sN+ 區(qū) 11 ;
[0034]第6步，在P體區(qū)4中注入陰極重?fù)诫sP+區(qū)5，在N緩沖區(qū)7中注入陽極重?fù)诫sP+ 區(qū) 8 ;
[0035]第7步，在表面制造電極陰極12，柵極13，陽極15。
[0036]所述第I步中，N漂移區(qū)3濃度為2X 10_15cm_3，所述第2、3步中，N緩沖7、P體區(qū)4和P緩沖區(qū)10濃度為3X 10_16cm_3，所述第5、6步中，陰極重?fù)诫sN+區(qū)6、陽極重?fù)诫sN+區(qū)11、陰極重?fù)诫sP+區(qū)5、陽極重?fù)诫sP+區(qū)8濃度為IX 10_2°cm_3。
[0037]與常規(guī)陽極短路LIGBT相比此結(jié)構(gòu)在降低關(guān)斷時(shí)間的基礎(chǔ)上消除了負(fù)阻效應(yīng)；與介質(zhì)隔離LIGBT和陽極分離LIGBT相比，此結(jié)構(gòu)器件尺寸更小利于集成和節(jié)省成本。
[0038]上述實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)、步驟、數(shù)值等均為示意，在不違反本發(fā)明思想的前提下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以進(jìn)行同等替換，也可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件，其特征是:在硅襯底(I)上具有埋氧層(2);埋氧層上具有漂移區(qū)(3);漂移區(qū)一側(cè)為陰極區(qū)，一側(cè)為陽極區(qū)；在？體區(qū)(4)中依次為陰極重?fù)诫sP+區(qū)(5)、陰極重?fù)诫sN+區(qū)(6);陽極P+區(qū)⑶下輕摻雜N緩沖區(qū)(7)，陽極重?fù)诫sN+區(qū)(11)下輕摻雜P緩沖區(qū)(10)，P緩沖區(qū)(10)不完全包圍陽極重?fù)诫sN+區(qū)(11)，空隙距離為d，陽極P+區(qū)⑶和N+區(qū)(11)之間用二氧化硅介質(zhì)(9)隔離；器件上部依次為陰極(12)、柵極(13)、陽極(15);陰極重?fù)诫sN+區(qū)(6)、漂移區(qū)(3)之間，P體區(qū)⑷的上端為溝道(16);柵極(13)橫跨陰極重?fù)诫sN+區(qū)(6)、溝道(16)、漂移區(qū)(3)上方，中間有較薄的氧化層(14)隔離；所述硅襯底(1)、漂移區(qū)(3)、陰極重?fù)诫sN+區(qū)(6)、N緩沖區(qū)(7)、陽極重?fù)诫sN+區(qū)(11)為N型；陰極P體區(qū)(4)、陰極重?fù)诫sP+區(qū)(5)、陽極重?fù)诫sP+區(qū)⑶、輕摻雜P緩沖區(qū)(10)為P型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件，其特征在于:所述硅襯底⑴為SOI硅襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件，其特征在于:所述陽極區(qū)空隙距離d可調(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件的制造方法，包括以下步驟: 第I步，在SOI硅襯底⑴上外延N漂移區(qū)⑶； 第2步，在N漂移區(qū)(3)注入輕摻雜N緩沖區(qū)(7)； 第3步，在N漂移區(qū)(3)中注入輕摻雜P體區(qū)⑷和輕摻雜P緩沖區(qū)(10); 第4步，在表面生長氧化層(14)，在N漂移區(qū)(3)中刻槽二氧化硅介質(zhì)(9); 第5步，在P體區(qū)(4)中注入陰極重?fù)诫sN+區(qū)(6)，在P緩沖區(qū)(10)中注入陽極重?fù)诫s N+ 區(qū)(11)； 第6步，在P體區(qū)(4)中注入陰極重?fù)诫sP+區(qū)(5)，在N緩沖區(qū)(7)中注入陽極重?fù)诫sP+區(qū)⑶； 第7步，在表面制造電極陰極(12)，柵極(13)，陽極(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件的制造方法，其特征在于，所述第I步中，N漂移區(qū)(3)濃度為2X10_15cm_3，所述第2、3步中，N緩沖區(qū)(7)、P體區(qū)(4)和P緩沖區(qū)(10)濃度為3X10_16cm_3，所述第5、6步中，陰極重?fù)诫sN+區(qū)(6)、陽極重?fù)诫sN+區(qū)(11)、陰極重?fù)诫sP+區(qū)(5)、陽極重?fù)诫sP+區(qū)⑶濃度為lX10_2°cm_3。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的LIGBT器件及制造方法，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。該LIGBT器件將常規(guī)短路LIGBT的陽極區(qū)采用介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的結(jié)構(gòu)：陽極N+和P+之間用介質(zhì)隔離，N+下面采用結(jié)隔離。這種新型的介質(zhì)隔離與結(jié)隔離相結(jié)合的結(jié)構(gòu)一方面在保證器件較少的關(guān)斷時(shí)間的基礎(chǔ)上，在導(dǎo)通時(shí)可以消除器件的負(fù)阻效應(yīng)，提高器件的性能和穩(wěn)定性,另外一方面也可以減小器件的尺寸面積。
【IPC分類】H01L21-331, H01L29-06, H01L29-739
【公開號】CN104637995
【申請?zhí)枴緾N201510077083
【發(fā)明人】劉雪松, 成建兵, 俞露露, 陳旭東, 郭厚東, 滕國兵
【申請人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月12日