The invention belongs to the technical field of power semiconductor, in particular to a short-circuit anode thin layer high-voltage power device. The main features of the invention are as follows: when two concave grooves and isolation grooves are used for forward conduction, the concave groove and isolation groove on the anode side can increase the distribution resistance on the anode side because they compress the flow channel of electronic current, and only a very narrow conduction channel is left, so as to eliminate the snapback effect when the short-circuit anode structure is in forward conduction; the concave groove on the cathode side By physically blocking the hole extraction, and due to the positive gate voltage when the positive conduction is applied, the electron accumulation layer isolated under the concave groove also forms the carrier storage layer, which prevents the hole from being extracted by the cathode. Due to the requirement of the electric neutrality, more electrons are injected into the drift area, which greatly improves the carrier concentration in the drift area and reduces the forward conduction voltage drop of the device. When the device is turned off, the presence of short-circuit anode n + will speed up the electron extraction speed and improve the device turning off speed.
【技术实现步骤摘要】
一种短路阳极薄层高压功率器件
本专利技术属于功率半导体
,涉及一种短路阳极薄层高压功率器件。
技术介绍
LIGBT是由横向场效应晶体管和双极型晶体管结合而形成的结构,兼具MOSFET输入阻抗高、驱动简单以及BJT器件电流密度高和导通压降低的优势,且易于集成,相比LDMOS具有更大的电流密度及更小的导通压降。又较之于常规的体硅技术,SOI技术避免了体硅技术的泄漏电流大、关断损耗大等问题,且具有高速、低功耗、高集成度、寄生效应小、隔离特性良好、闭锁效应小以及强抗辐照能力等有点,被广泛应用在汽车电子、开关电源等消费电子产品中。相比于单极型器件LDMOS,LIGBT是双极型器件,器件关断时需要抽取更过的过剩载流子,使得器件关断速度较差,所以引入短路阳极结构可以加快器件的关断速度。但是由于短路阳极的存在会在器件正向导通时带来Snapback效应,使得器件在并联使用时容易烧毁,降低系统可靠性。相比于厚顶层硅工艺,薄顶层硅在器件隔离和芯片集成上的工艺更简单,成本更低。但是由于顶层硅过薄及硅氧界面载流子复合的存在,薄顶层硅的SOILIGBT存在正向导通压降过大的问题。
技术实现思路
针对上述问题,提出一种短路阳极薄层高压功率器件。通过在阴极侧引入凹形槽,物理阻挡产生空穴存储效应以实现电子注入效应来降低器件正向导通压降,同时,由于正向导通时正栅压的作用,在凹形槽的正下隔离成的电子积累层也构成了载流子存储层,进一步的增强了空穴存储效应,降低了正向压降;通过在阳极侧引入凹形槽和隔离槽,压缩了正向导通时电子 ...
【技术保护点】
1.一种短路阳极薄层高压功率器件,包括沿器件垂直方向自下而上层叠设置的衬底层(1),埋氧层(2)和N型顶部半导体层(11);所述N型顶部半导体层(11)表面沿横向方向依次具有阴极结构、栅极结构和阳极结构;/n所述阴极结构包括沿器件垂直方向贯穿N型顶部半导体层(11)与埋氧层(2)上表面接触的P型阱区(3),以及位于P型阱区(3)上部的沿横向方向并列设置的P型重掺杂区(4)和N型重掺杂区(5),所述P型重掺杂区(4)和N型重掺杂区(5)相互接触,所述P型重掺杂区(4)和N型重掺杂区(5)上表面共同引出阴极电极,N型重掺杂区(5)位于靠近栅极结构的一侧;以三维直角坐标系对器件的三维方向进行定义:定义器件横向方向为x轴方向、器件垂直方向为y轴方向、器件纵向方向即第三维方向为z轴方向;/n其特征在于:/n所述栅极结构包括导电材料(6)和栅介质(7);所述导电材料(6)嵌入设置在靠近阴极结构一侧的栅介质(7)上层,导电材料(6)上表面与另一侧栅介质(7)上表面齐平,沿x轴方向,导电材料(6)及其底部的栅介质(7)中部沿y轴方向下凹形成第一凹形槽(121),第一凹形槽(121)与埋氧层(2)上表面 ...
【技术特征摘要】
1.一种短路阳极薄层高压功率器件,包括沿器件垂直方向自下而上层叠设置的衬底层(1),埋氧层(2)和N型顶部半导体层(11);所述N型顶部半导体层(11)表面沿横向方向依次具有阴极结构、栅极结构和阳极结构;
所述阴极结构包括沿器件垂直方向贯穿N型顶部半导体层(11)与埋氧层(2)上表面接触的P型阱区(3),以及位于P型阱区(3)上部的沿横向方向并列设置的P型重掺杂区(4)和N型重掺杂区(5),所述P型重掺杂区(4)和N型重掺杂区(5)相互接触,所述P型重掺杂区(4)和N型重掺杂区(5)上表面共同引出阴极电极,N型重掺杂区(5)位于靠近栅极结构的一侧;以三维直角坐标系对器件的三维方向进行定义:定义器件横向方向为x轴方向、器件垂直方向为y轴方向、器件纵向方向即第三维方向为z轴方向;
其特征在于:
所述栅极结构包括导电材料(6)和栅介质(7);所述导电材料(6)嵌入设置在靠近阴极结构一侧的栅介质(7)上层,导电材料(6)上表面与另一侧栅介质(7)上表面齐平,沿x轴方向,导电材料(6)及其底部的栅介质(7)中部沿y轴方向下凹形成第一凹形槽(121),第一凹形槽(121)与埋氧层(2)上表面之间有间距T1,形成狭窄的导电路径;所述栅介质(7)一侧的下表面与N型重掺杂区(5)的部分上表面交叠,栅介质(7)的另一侧与阳极结构有间距;导电材...
【专利技术属性】
技术研发人员:罗小蓉,樊雕,李聪聪,魏杰,邓高强,王晨霞,张森,苏伟,杨永辉,朱坤峰,
申请(专利权)人:电子科技大学,重庆中科渝芯电子有限公司,
类型:发明
国别省市:四川;51
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