一种新型大电流绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管，该半导体具备：在P型衬底上设有埋氧，埋氧上设有N型漂移区，其上设有P型体区和N型缓冲区，N型缓冲区内设有P型集电极区，其上连接有集电极金属，在N型漂移区的上方设有场氧层，在P型体区内设有P型发射极区，其周边设有N型发射区，在N型发射区和P型发射区上连接有发射极金属，在场氧层与N型发射极区之间设有栅氧，在栅氧表面设有第一多晶硅层，其表面连接有第一栅金属，在P型体区外侧设有纵向沟槽，在纵向沟槽内设有二氧化硅或其他介质包裹的第二多晶硅层，其上连接有第二栅金属。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种新型大电流绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管，该半导体具备：在P型衬底上设有埋氧，埋氧上设有N型漂移区，其上设有P型体区和N型缓冲区，N型缓冲区内设有P型集电极区，其上连接有集电极金属，在N型漂移区的上方设有场氧层，在P型体区内设有P型发射极区，其周边设有N型发射区，在N型发射区和P型发射区上连接有发射极金属，在场氧层与N型发射极区之间设有栅氧，在栅氧表面设有第一多晶硅层，其表面连接有第一栅金属，在P型体区外侧设有纵向沟槽，在纵向沟槽内设有二氧化硅或其他介质包裹的第二多晶硅层，其上连接有第二栅金属。【专利说明】一种大电流绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管器件
本专利技术主要涉及功率半导体器件
，是一种新型大电流绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管，特别适用于单片集成功率芯片中，用来实现对电机系统的准确控制。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管IGBT是MOS栅器件结构与双极型晶体管结构相结合进化而成的复合型功率器件，同时具备MOS管与双极型晶体管的特点，具有良好的通态电流和开关损耗之间的折中关系。绝缘体上娃横向绝缘栅双极型晶体管(SO1-Lateral Insulated GateBipolar Transistor，SOI_LIGBT)是一种典型的基于SOI工艺的器件，具有易于集成、耐压高、驱动电流能力强、开关速度快等优点，在功率集成电路中得到了广泛应用。由于以上所述优点，S01-LIGBT常作为核心器件，用于单片集成功率芯片中。然而，S01-LIGBT器件电流能力偏小是制约单片集成功率芯片工作频率更高、工作能效更佳、芯片面积更小的瓶颈。因此，为了提高器件的电流能力，目前提出了一些器件，但这些器件在提高电流能力的同时，又会带来新的问题。S01-LIGBT结构通常用于电路中调整通过直流电源发送给各种负载的能量，偶然地，电路中的负载会形成短路，导致直流电源将直接连到SO1-LIGBT的集电极与发射极，而此时其栅偏置依然导通，此时器件会同时承受高电压与大电流，在电流密度较大的漏极会产生明显的热效应，一旦超过器件的短路工作时间，器件会发生热击穿而失效。同时，器件的开态BV值会由于该区域的热击穿而明显降低，耐压的下降会降低器件的最高工作电压，使器件的运用受到限制。此外，由于电流能力的提升，器件会更容易发生闩锁效应，闩锁效应会使栅信号失去对器件的控制，器件结构可能经历破坏性失效，闩锁抑制能力的下降，使得器件的可靠性降低。因此，在保持器件的耐压、不降低S01-LIGBT的闩锁抑制能力的基础上提高SO1-LIGBT的导通电流密度及SOA能力是研制电机系统中单片集成功率芯片的主要发展方向。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出了一种能够提高注入效率且能提升器件整体电流能力的大电流绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管器件。该结构在保持器件耐压、抑制闩锁能力不降低的前提下，显著提高器件的电流密度，扩展其有效安全工作区，使之能够满足电机系统中单片集成功率芯片对S01-LIGBT器件高压、大电流及高可靠的要求。—种大电流绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管器件，包括:P型衬底，在P型衬底上设有埋氧，在埋氧上设有N型漂移区，在N型漂移区的两侧分别设有N型缓冲区和P型体区，在N型缓冲区内有重掺杂的P型集电极区，重掺杂的P型集电极区上连接有集电极金属，在P型体区内设有重掺杂的P型发射极区，在重掺杂的P型发射极区的周边设有重掺杂的N型发射区，在上述重掺杂的P型发射极区和重掺杂的N型发射区上连接有发射极金属，在N型漂移区的上方设有场氧层，所述场氧层的一侧边界落在N型缓冲区的上方，另一侧边界与P型体区相接，在场氧层与重掺杂的N型发射区之间设有栅氧化层，在栅氧化层表面设有第一多晶硅层且所述第一多晶硅层延伸至场氧层的上方，在第一多晶硅层的表面连接有第一栅金属，其特征在于，在所述P型体区外侧设有纵向沟槽，在纵向沟槽内设有由二氧化硅或其它耐压介质包裹的第二多晶硅层，在第二多晶硅层上连接有第二栅金属。所述的大电流绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，在所述P型体区内设有P型埋层，且所述P型埋层位于重掺杂的P型发射极区的下方。所述的大电流绝缘体上娃横向绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，重掺杂的P型发射极区由呈直线排列的重掺杂的P型发射极区块体构成，相邻重掺杂的P型发射极区块体之间的重掺杂的N型发射区向内凹陷，栅氧化层及第一多晶硅层突入并延伸占据所述凹陷区域。所述的大电流绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，所述P型埋层的浓度高于P型体区。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点:本专利技术解决了开态BV值退化的问题。在传统S01-LIGBT器件中，由于JFET区域的存在，如图1所示，在器件导通的情况下，这一区域会聚集大量的电子，通过此区域的电流较大，而这部分的电阻值又相对较大，故此区域会产生明显的热效应，导致器件发生击穿，降低了器件的BV值。现在的平面结构无法从根本上解决JFET区域局部发热导致器件击穿的问题。本专利技术设有Z方向的沟道能够有效降低传统平面器件中JEFT区域的电子聚集程度，从而减小了其发生热击穿的概率，使得本专利技术结构在短路过程中的可靠性更高。本专利技术解决了高电流密度与抗闩锁能力之间的矛盾问题。在S01-LIGBT器件中，电流能力的提升会导致器件内部寄生NPN三极管更容易开启，使得器件的抗闩锁能力降低。本专利技术一方面由于Z方向的纵向沟道的存在，使得电子可以通过此纵向沟道直接进入漂移区，来自集电极的空穴电流会沿着BOX层向P型体区流动，本专利技术通过纵向沟槽的电子可以与来自集电极的空穴在P型体区下方直接发生复合，从而降低了空穴电流密度，使得闩锁效应相比传统结构而言更加难以发生。如图7中的复合2所示，纵向沟槽的引入降低了空穴注入效率，使得内部寄生的NPN管相比传统结构而言难以开启；另一方面，本专利技术在P型体区设有高浓度P型埋层，降低其电阻，从而使得电流流过后产生的压降较低，当此压降低于PN结的开启电压时，寄生NPN三极管不会开启，从而避免器件发生闩锁可靠性的问题。本专利技术增加了Z方向的沟道，进而提升了器件的电流能力。与此同时，外凸方形区域与N型方形漂移区的边长之比WAW2可调，在实际应用可更加灵活，在增加导通电流密度与降低JFET区域的导通电阻之间进行折中。故本专利技术器件在显著提高器件的导通电流密度的基础上，又提高了器件的闩锁抑制能力，扩展了其安全工作区，使得其更适合工作在高压大电流的电机驱动系统中。【附图说明】图1所示为传统绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的器件剖面结构图。图2所示为本专利技术结构的俯视图。图3所示为本专利技术结构的剖面结构图。图4所示为本专利技术结构去掉金属电极的三维图。图5所示为本专利技术结构源区部分放大后的三维图。图6所示为本专利技术结构去掉金属电极和场氧层后栅极加正压的俯视图。图7所示为本专利技术结构电流产生与构成机制及等效电路横向剖面示意图。图8所示为本专利技术结构与传统结构在相同电流密度情况下的开态BV对比图。图9所示为本专利技术结构与传统结构的耐压比较图。图10所示为本专利技术结构W2变化时的归一化电流密度。图11所示为本专利技术结构与传统结构的1-V曲线对比图。【具体实施方式】下面结合图2、图3，图4，对本专利技术做详细说明:—种大电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大电流绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管器件，包括：P型衬底(1)，在P型衬底(1)上设有埋氧(2)，在埋氧(2)上设有N型漂移区(3)，在N型漂移区(3)的两侧分别设有N型缓冲区(4)和P型体区(14)，在N型缓冲区(4)内有重掺杂的P型集电极区(5)，重掺杂的P型集电极区(5)上连接有集电极金属(21)，在P型体区(14)内设有重掺杂的P型发射极区(8)，在重掺杂的P型发射极区(8)的周边设有重掺杂的N型发射区(9)，在上述重掺杂的P型发射极区(8)和重掺杂的N型发射区(9)上连接有发射极金属(18)，在N型漂移区(3)的上方设有场氧层(6)，所述场氧层(6)的一侧边界落在N型缓冲区(4)的上方，另一侧边界与P型体区(14)相接，在场氧层(6)与重掺杂的N型发射区(9)之间设有栅氧化层(10)，在栅氧化层(10)表面设有第一多晶硅层(7)且所述第一多晶硅层(7)延伸至场氧层(6)的上方，在第一多晶硅层(7)的表面连接有第一栅金属(20)，其特征在于，在所述P型体区(14)外侧设有纵向沟槽(11)，在纵向沟槽(11)内设有由二氧化硅或其它耐压介质包裹的第二多晶硅层(12)，在第二多晶硅层(12)上连接有第二栅金属(17)。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟锋，黄薛佺，黄超，张龙，祝靖，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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