本发明专利技术涉及功率半导体技术，特别涉及一种低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管。本发明专利技术对传统横向绝缘栅双极型晶体管的阴极区进行了改造，通过隔离氧化层将器件分为MOS区和传统LIGBT结构区，MOS区分为第一NMOS区和第二MOS区，第一NMOS区和第二MOS区共用一个P+源极短路区。传统LIGBT结构区的栅极与第一NMOS的栅极通过金属互联作为本发明专利技术器件栅极，第一NMOS的N+漏区通过金属互联与传统LIGBT的N+源区连接，传统LIGBT的P+源区通过金属互联与第二N型MOS的栅极和漏极相连，传统LIGBT的N+源区通过金属互联与第一N型MOS的N+漏区相连，第一和第二NMOS的N+源区及共用的P+源极短路区通过金属短接作为本发明专利技术器件的阴极，传统LIGBT结构区的阳极作为本发明专利技术器件阳极。
【技术实现步骤摘要】
一种低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管
本专利技术属于功率半导体
，具体涉及一种低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管，简称IGBT，是一种由功率MOS场效应晶体管与双极型晶体管的混合型电力电子器件,它具有MOS输入、双极输出功能的MOS、双极相结合的特性,MOSFET结构用来向双极结型晶体管提供基极驱动电流，同时双极结型晶体管调制MOSFET机构漂移区的电导率，因此IGBT既有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高、开关损耗小的优点,又具有双极功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点,是电力电子领域理想的开关器件。对于开关器件，降低导通时的功耗尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对目前常规横向绝缘栅双极型晶体管导通功耗高的问题，提出一种低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管结构。本专利技术器件利用闩锁效应显著降低了器件导通时的导通电阻，从而减小了器件的导通功耗。本专利技术的技术方案：一种低导通功耗横向绝缘栅双极型晶体管，其元胞结构包括P型衬底1、在P型衬底上的埋氧2和在埋氧2上的N型外延层，其特征在于，在N型外延层沿器件横向方向设有隔离氧化层5，隔离氧化层5沿器件垂直方向贯穿N型外延层，将N型外延层沿器件横向方向分隔成第一N型外延层3和第二N型外延层4；在第一N型外延层3上部设有第一P型阱区6，在所述第一P型阱区6上部设有两个N型MOS管，两个N型MOS管共用一个P+源极短路区13，第一N型MOS区和第二NMOS区分别位于P+源极短路区13左右两侧，即P+源极短路区13位于第一P型阱区6上层中部；第一N型MOS区包括第一N+漏区8、第一N+源区9、第一栅氧化层110，其中第一N+源区9与P+源极短路区13接触，第一N+漏区8位于第一P型阱区6上层一侧；所述第一栅氧化层110的一端延伸到第一N+漏区8上表面，另一端延伸到第一N+源区9上表面，第一栅氧化层110上表面设有第一多晶硅栅极120；所述第一N+源区9上方设有第一阴极金属131；所述第一N+漏区8上方设有第一阳极金属130；第二N型MOS区包括第二N+源区10、第二N+漏区11和第二栅氧化层111，其中第二N+源区10与P+源极短路区13接触，第二N+漏区11位于第一P型阱区6上层另一侧并与隔离氧化层5接触；所述第二N+源区10上方设有第二阴极金属131，所述第二栅氧化层111的一端延伸到第二N+漏区11上表面，另一端延伸到第二N+源区10上表面，第二栅氧化层111上表面设有第二多晶硅栅极121；所述第二N+漏极上方设有第二阳极金属133；在第二外延层4上层两侧设有第二P型阱区7和N型缓冲层14，其中第二P型阱区7与隔离氧化层5接触，在所述N型缓冲层14上层远离第二P型阱区7的一侧设有第三P+漏区15，在所述第三P+漏区15上方设有第三阳极金属136；在所述第三P型阱区7上部设有第三P+源区16和第三N+源区12，且第三P+源区16与隔离氧化层5接触；在所述第三P+源区16上方设有第三阴极金属134，在所述第三N+源区12上方设有第四阴极金属135；在所述第三P型阱区10上方设有第三栅氧化层112，第三栅氧化层112的一个边界延伸到第三N+源区12上方，另一个边界延伸到第三N型外延层4上方；在所述第三栅氧化层112上设有第三多晶硅栅极122；所述第一阴极金属131为器件阴极；所述第一多晶硅栅极120与第三多晶硅栅极122通过金属互联作为器件栅极；所述第一阳极金属130通过金属互联与第四阴极金属135相连；所述第二多晶硅栅121通过金属互联与第二阳极金属133及第三阴极金属134相连；所述第三阳极金属136为器件阳极。本专利技术的有益效果为，本专利技术器件导通时，阳极电压较小时，第二NMOS管尚未开启，传统LIGBT结构区中的P型阱区电势抬高，寄生NPN晶体管开启，使器件进入闩锁状态，在传统LIGBT结构区中形成强烈的电导调制，因此极大地降低了导通电阻。随着阳极电压逐渐增加，第二NMOS管导通，使传统LIGBT结构区中的P型阱区电压被钳位，从而关断了寄生的NPN晶体管，器件退出闩锁状态，逐渐进入饱和状态。附图说明图1是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是本专利技术提出的低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的器件剖面结构图(未标序)；图3是本专利技术提出的低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的器件剖面结构图(标序)；图4是本专利技术提出的低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管较小阳极电压工作情况下电流路径图；图5本专利技术提出的低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的在大阳极电压情况下进入饱和后的电流路径图；图6是传统绝缘体上硅横向双极型晶体管的等效简化电路图及导通时的电流流向图；图7是本专利技术提出的低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的等效简化电路图及其工作在线性区下电流流向图；图8是本专利技术提出的低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管的等效简化电路图及其工作在饱和区下电流流向图；图9是本专利技术LIGBT器件与传统结构LIGBT器件正向耐压对比图；图10是本专利技术LIGBT器件与传统结构LIGBT器件的正向导通I-V特性曲线对比图；图11是本专利技术LIGBT器件与传统结构LIGBT器件在相同正向导通电流下空穴浓度分布的对比图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细的描述。图3为本专利技术提出的一种低导通功耗横向绝缘栅双极型晶体管器件结构，如图所示，其元胞结构包括P型衬底1、在P型衬底上的埋氧2和在埋氧2上的N型外延层，其特征在于，在N型外延层沿器件横向方向设有隔离氧化层5，隔离氧化层5沿器件垂直方向贯穿N型外延层，将N型外延层沿器件横向方向分隔成第一N型外延层3和第二N型外延层4；在第一N型外延层3上部设有第一P型阱区6，在所述第一P型阱区6上部设有两个N型MOS管，两个N型MOS管共用一个P+源极短路区13，第一N型MOS区和第二NMOS区分别位于P+源极短路区13左右两侧，即P+源极短路区13位于第一P型阱区6上层中部；第一N型MOS区包括第一N+漏区8、第一N+源区9、第一栅氧化层110，其中第一N+源区9与P+源极短路区13接触，第一N+漏区8位于第一P型阱区6上层一侧；所述第一栅氧化层110的一端延伸到第一N+漏区8上表面，另一端延伸到第一N+源区9上表面，第一栅氧化层110上表面设有第一多晶硅栅极120；所述第一N+源区9上方设有第一阴极金属131；所述第一N+漏区8上方设有第一阳极金属130；第二N型MOS区包括第二N+源区10、第二N+漏区11和第二栅氧化层111，其中第二N+源区10与P+源极短路区13接触，第二N+漏区11位于第一P型阱区6上层另一侧并与隔离氧化层5接触；所述第二N+源区10上方设有第二阴极金属131，所述第二栅氧化层111的一端延伸到第二N+漏区11上表面，另一端延伸到第二N+源区10上表面，第二栅氧化层111上表面设有第二多晶硅栅极121；所述第二N+漏极上方设有第二阳极金属133；在第二外延层4上层两侧设有第二P型阱区7和N型缓冲层14，其中第二P型阱区7与隔离氧化层5接触，在所述N型缓冲本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低导通功耗横向绝缘栅双极型晶体管，其元胞结构包括P型衬底(1)、在P型衬底上的埋氧(2)和在埋氧(2)上的N型外延层，其特征在于，在N型外延层沿器件横向方向设有隔离氧化层(5)，隔离氧化层(5)沿器件垂直方向贯穿N型外延层，将N型外延层沿器件横向方向分隔成第一N型外延层(3)和第二N型外延层(4)；在第一N型外延层(3)上部设有第一P型阱区(6)，在所述第一P型阱区(6)上部设有两个N型MOS管，两个N型MOS管共用一个P+源极短路区(13)，第一N型MOS区和第二NMOS区分别位于P+源极短路区(13)左右两侧，即P+源极短路区(13)位于第一P型阱区(6)上层中部；第一N型MOS区包括第一N+漏区(8)、第一N+源区(9)、第一栅氧化层(110)，其中第一N+源区(9)与P+源极短路区(13)接触，第一N+漏区(8)位于第一P型阱区(6)上层一侧；所述第一栅氧化层(110)的一端延伸到第一N+漏区(8)上表面，另一端延伸到第一N+源区(9)上表面，第一栅氧化层(110)上表面设有第一多晶硅栅极(120)；所述第一N+源区(9)上方设有第一阴极金属(131)；所述第一N+漏区(8)上方设有第一阳极金属(130)；第二N型MOS区包括第二N+源区(10)、第二N+漏区(11)和第二栅氧化层(111)，其中第二N+源区(10)与P+源极短路区(13)接触，第二N+漏区(11)位于第一P型阱区(6)上层另一侧并与隔离氧化层(5)接触；所述第二N+源区(10)上方设有第二阴极金属(131)，所述第二栅氧化层(111)的一端延伸到第二N+漏区(11)上表面，另一端延伸到第二N+源区(10)上表面，第二栅氧化层(111)上表面设有第二多晶硅栅极(121)；所述第二N+漏极上方设有第二阳极金属(133)；在第二外延层(4)上层两侧设有第二P型阱区(7)和N型缓冲层(14)，其中第二P型阱区(7)与隔离氧化层(5)接触，在所述N型缓冲层(14)上层远离第二P型阱区(7)的一侧设有第三P+漏区(15)，在所述第三P+漏区(15)上方设有第三阳极金属(136)；在所述第三P型阱区(7)上部设有第三P+源区(16)和第三N+源区(12)，且第三P+源区(16)与隔离氧化层(5)接触；在所述第三P+源区(16)上方设有第三阴极金属(134)，在所述第三N+源区(12)上方设有第四阴极金属(135)；在所述第三P型阱区(10)上方设有第三栅氧化层(112)，第三栅氧化层(112)的一个边界延伸到第三N+源区(12)上方，另一个边界延伸到第三N型外延层(4)上方；在所述第三栅氧化层(112)上设有第三多晶硅栅极(122)；所述第一阴极金属(131)为器件阴极；所述第一多晶硅栅极(120)与第三多晶硅栅极(122)通过金属互联作为器件栅极；所述第一阳极金属(130)通过金属互联与第四阴极金属(135)相连；所述第二多晶硅栅(121)通过金属互联与第二阳极金属(133)及第三阴极金属(134)相连；所述第三阳极金属(136)为器件阳极。...
【技术特征摘要】
1.一种低导通功耗横向绝缘栅双极型晶体管，其元胞结构包括P型衬底(1)、在P型衬底上的埋氧(2)和在埋氧(2)上的N型外延层，其特征在于，在N型外延层沿器件横向方向设有隔离氧化层(5)，隔离氧化层(5)沿器件垂直方向贯穿N型外延层，将N型外延层沿器件横向方向分隔成第一N型外延层(3)和第二N型外延层(4)；在第一N型外延层(3)上部设有第一P型阱区(6)，在所述第一P型阱区(6)上部设有两个N型MOS管，两个N型MOS管共用一个P+源极短路区(13)，第一N型MOS区和第二NMOS区分别位于P+源极短路区(13)左右两侧，即P+源极短路区(13)位于第一P型阱区(6)上层中部；第一N型MOS区包括第一N+漏区(8)、第一N+源区(9)、第一栅氧化层(110)，其中第一N+源区(9)与P+源极短路区(13)接触，第一N+漏区(8)位于第一P型阱区(6)上层一侧；所述第一栅氧化层(110)的一端延伸到第一N+漏区(8)上表面，另一端延伸到第一N+源区(9)上表面，第一栅氧化层(110)上表面设有第一多晶硅栅极(120)；所述第一N+源区(9)上方设有第一阴极金属(131)；所述第一N+漏区(8)上方设有第一阳极金属(130)；第二N型MOS区包括第二N+源区(10)、第二N+漏区(11)和第二栅氧化层(111)，其中第二N+源区(10)与P+源极短路区(13)接触，第二N+漏区(11)位于第一P型阱区(6)上层另一侧并与隔离氧化层(5)接触；所述第二N+源区(10...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈万军，谯彬，夏云，高吴昊，刘超，施宜军，石瑜，左慧玲，邓操，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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