一种基于双沟道结构的SOI-LIGBT器件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双沟道结构的SOI-LIGBT器件，包括P型衬底；P型衬底上铺设有埋氧层，埋氧层上铺设有N-外延层，N-外延层上嵌设有P+集电极区，位于P+集电极区一侧的N-外延层上并排设有两个相互对称的体区结构；体区结构包括设于N-外延层上P阱、嵌设于P阱上的N+发射极区以及贯穿P阱的P+接触区。本发明专利技术通过在发射极处设置两个沟道区，使空穴电流从集电极流到发射极时，均分成两股电流，故流过寄生NPN三极管基极电流减小为总电流的一半；抑制了寄生晶闸管的开启，提高了器件的抗闩锁能力，从而提升了器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体器件
，具体涉及ー种基于双沟道结构的S0I-LIGBT器件。
技术介绍
LIGBT (Lateral Insulated-Gate Bipolar Transistor,横向绝缘栅双极型晶体管)是ー种将功率MOSFET的优点(易于驱动，控制简单，开关速度快)和双极晶体管的优点(电流处理能力大、饱和压降低、开关损耗小)集于一身的晶体管，是电子产业中必不可少的功率“芯脏”，广泛被用于功率输出驱动电路的输出级。而SOI (Silicon On Insulator, 绝缘体上硅)技术以其理想的介质隔离性能，广泛用于功率集成电路制造中。S0I-LIGBT器件是基于SOI技术制造的LIGBT器件，由于其与衬底以及其他高低压器件被介质完全隔离，消除了器件之间的寄生效应，从而避免了器件与衬底和器件与器件之间的闩锁效应；闩锁效应是由寄生的n-p-n-p结构产生，当寄生NPN晶体管和寄生PNP晶体管均导通且形成正反馈时，会引起电流增加，严重会导致电路失效，甚至烧毁芯片。然而，由于S0I-LIGBT器件自身的特殊结构(内部存在寄生晶闸管结构)，器件内仍然可能发生闩锁效应。图I所示了一种传统的S0I-LIGBT器件，其中101是P型衬底，102是埋氧层，103是N-外延层，104是场氧层，105是P-体区，106是P+接触区，107是N+发射极，108是栅氧层，109是多晶娃栅电极，110是LIGBT P+集电极，111是N-缓冲层。S0I-LIGBT器件体内，P+集电极109，N-缓冲层110，N-外延层103，P-体区105，N+发射极107共同构成了寄生晶闸管，如图I中NPN晶体管T1、PNP晶体管T2所示。大电流工作吋，当晶体管Tl、T2均开启，且形成正反馈，S0I-LIGBT器件内部即发生闩锁效应，导致其失去栅控能力，且长时间处于大电流工作状态，最終导致器件烧毁失效。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本专利技术提供了一种基于双沟道结构的S0I-LIGBT器件，通过改变器件导通时内部电流的走向，抑制了寄生晶闸管的开启，提高了器件的抗闩锁能力，从而提升了器件的可靠性。一种基于双沟道结构的S0I-LIGBT器件，包括P型衬底；所述的P型衬底上铺设有埋氧层，所述的埋氧层上铺设有N-外延层，所述的N-外延层上嵌设有P+集电极区，所述的P+集电极区上设有金属电极；位于P+集电极区ー侧的N-外延层上并排设有两个相互対称的体区结构；所述的体区结构包括设于N-外延层上P阱、嵌设于P阱上的N+发射极区以及贯穿P阱的P+接触区；所述的P+接触区一端穿出P阱后伸入N-外延层内；所述的体区结构上设有连接N+发射极区和P+接触区的金属电极，两个体区结构分别对应的两个金属电极相连通；所述的P+集电极区与其相邻的体区结构之间的N-外延层上铺设有场氧层；两个体区结构之间的N-外延层上铺设有栅氧层，所述的栅氧层两侧分别延伸至与两个体区结构对应的两个N+发射极区相接触，所述的栅氧层上设有栅电极区。位于栅氧层下方的两块P阱区域即为器件的两个沟道区。优选地，所述的N-外延层上设有N阱，所述的P+集电极区嵌设于所述的N阱上；N阱可以弱化集电极区附近的高电场，有效提高器件的关态雪崩击穿电压。所述的场氧层ー侧延伸至与所述的N阱相接触。优选地，所述的P+集电极区上的金属电极以及与P+集电极区相邻的体区结构上的金属电极延伸覆盖至场氧层上；可以弱化表面电场，有效提高器件的关态雪崩击穿电压。 所述的埋氧层、场氧层和栅氧层均采用ニ氧化硅。所述的栅电极区采用多晶硅。上述S0I-LIGBT器件的寄生等效电路由三个三极管Tl T3和三个电阻Rl R3组成；其中，电阻R3的一端与三极管T3的发射极相连，电阻R3的另一端与三极管T3的基极、三极管Tl的集电极和三极管T2的集电极相连，三极管T3的集电极与三极管Tl的基极、三极管T2的基极、电阻Rl的一端和电阻R2的一端相连，三极管Tl的发射极与三极管T2的发射极、电阻Rl的另一端和电阻R2的另一端相连。其中，三极管Tl T2为NPN型三极管，三极管T3为PNP型三极管。三极管T3的发射极和基极分别等效对应P+集电极区和N-外延层，三极管Tl T2的发射极分别等效对应两个N+发射极区，三极管Tl T2的基极分别等效对应两个P阱，三极管Tl T3的基极均等效对应N-外延层；电阻Rl R2分别等效对应两个P阱内的阱电阻，电阻R3等效对应N阱内的阱电阻。本专利技术通过在发射极处设置两个沟道区，使空穴电流从集电极流到发射极时，均分成两股电流，分别经两个由N+发射极区、P阱和P+接触区组成的寄生NPN三极管基极泄放，因此，流过寄生NPN三极管基极电流减小为总电流的一半；同吋，P+接触区结深较深、掺杂浓度大，寄生NPN三极管基极电阻小。故基于上述两个改进技术特征，使得两个寄生NPN三极管开启的难度大大增加(三极管的基极电压-发射极电压> 0. 7V吋，三极管才会开启)，进而有效抑制了寄生晶闸管的触发难度。故相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果(I)本专利技术器件寄生晶闸管的触发难度大，器件抗闩锁能力强，可靠性好。(2)本专利技术器件加强了电导调制效应，其电流密度提高了，但并不影响器件的关态雪崩击穿电压。(3)本专利技术器件的制作并不需要额外エ艺步骤，与现有的集成电路制造エ艺完全兼容。附图说明图I为传统S0I-LIGBT器件的结构示意图。图2为本专利技术S0I-LIGBT器件的结构示意图。图3为本专利技术S0I-LIGBT器件的寄生等效电路示意图。图4为寄生等效电路的原通不意图。图5为本专利技术S0I-LIGBT器件的エ艺制备流程图。图6为传统S0I-LIGBT器件和本专利技术S0I-LIGBT器件的闩锁触发电压曲线图。图7为传统S0I-LIGBT器件和本专利技术S0I-LIGBT器件的集电极电流密度曲线图。图8为传统S0I-LIGBT器件和本专利技术S0I-LIGBT器件的关态雪崩击穿电压曲线图。具体实施例方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案及其相关原理进行详细说明。如图2所示，一种基于双沟道结构的S0I-L IGBT器件，包括P型衬底10 ；P型衬底10上铺设有埋氧层11，埋氧层11上铺设有N-外延层12，N-外延层12上设有N阱20，N阱20上嵌设有P+集电极区40，P+集电极区40上设有金属电极50 ;位于P+集电极区40 —侧的N-外延层上并排设有两个相互対称的体区结构；其中第二体区结构与P+集电极区40相邻；第一体区结构包括设于N-外延层12上P阱21、嵌设于P阱21上的N+发射极区41以及贯穿P阱21的P+接触区31 ;P+接触区31 —端穿出P阱21后伸入N-外延层12内；第一体区结构上设有连接N+发射极区41和P+接触区31的金属电极51 ；第二体区结构包括设于N-外延层12上P阱22、嵌设于P阱22上的N+发射极区42以及贯穿P阱22的P+接触区32 ;P+接触区32 —端穿出P阱22后伸入N-外延层12内；第二体区结构上设有连接N+发射极区42和P+接触区32的金属电极52 ；两个金属电极51 52相连通；P+集电极区40与第二体区结构之间的N-外延层12上铺设有场氧层13 ;本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双沟道结构的SOI?LIGBT器件，包括P型衬底；所述的P型衬底上铺设有埋氧层，所述的埋氧层上铺设有N?外延层，所述的N?外延层上嵌设有P+集电极区，所述的P+集电极区上设有金属电极；其特征在于：位于P+集电极区一侧的N?外延层上并排设有两个相互对称的体区结构；所述的体区结构包括设于N?外延层上P阱、嵌设于P阱上的N+发射极区以及贯穿P阱的P+接触区；所述的P+接触区一端穿出P阱后伸入N?外延层内；所述的体区结构上设有连接N+发射极区和P+接触区的金属电极，两个体区结构分别对应的两个金属电极相连通；所述的P+集电极区与其相邻的体区结构之间的N?外延层上铺设有场氧层；两个体区结构之间的N?外延层上铺设有栅氧层，所述的栅氧层两侧分别延伸至与两个体区结构对应的两个N+发射极区相接触，所述的栅氧层上设有栅电极区。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张世峰，韩雁，张斌，张炜，吴焕挺，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：