降低热载流子效应的Ｎ型横向绝缘栅双极型器件制造技术

一种降低热载流子效应的Ｎ型横向绝缘栅双极型器件，包括：Ｐ型衬底，在Ｐ型衬底上设有埋氧，在埋氧上设有Ｐ型外延层，在Ｐ型外延层上设有Ｎ型阱和Ｐ阱区，在Ｎ型阱上设有Ｎ型缓冲阱，在Ｎ型缓冲阱上设有Ｐ型阳区，在Ｐ阱区上设有Ｎ型阴区和Ｐ型体接触区，而场氧化层，金属层，栅氧化层，多晶硅栅以及氧化层设置在所述器件的上表面，其特征在于在Ｐ阱区的下部、埋氧之上设有Ｐ型埋层，且插入Ｐ型外延层一部分，与Ｐ阱区整体构成反向的“Ｌ”型Ｐ区，这种结构可以将器件的空穴电流引向底部，降低了器件沟道区的离子产生率和纵向电场，同时降低了热电子的温度，从而有效抑制了器件的热载流子效应。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及高压功率半导体器件领域，是关于一种适用于高压应用的降低热 载流子效应的N型横向绝缘栅双极型器件。
技术介绍
功率半导体器件是电力电子系统进行能量控制和转换的基本电子元件，电力电子 技术的不断发展为半导体功率器件开拓了广泛的应用领域，而半导体功率器件的导通电阻 和击穿电压等特性则决定了电力电子系统的效率、功耗等基本性能。随着人们对现代化生活需求的日益增强，功率集成电路产品的性能越来越受到关 注，其中功率集成电路的寿命越来越成为最为主要的性能指标之一。决定功率集成电路使 用寿命大小的因素除了功率集成电路本身电路结构、设计以及电路所采用的制造工艺之 外，所采用的功率器件性能便是功率集成电路整体性能的关键。近来绝缘体上硅制造技术日益成熟，与通过传统的体型衬底硅晶圆生产的芯片相 比，基于绝缘体上硅的芯片结构中绝缘层把活动硅膜层与体型衬底硅基板分隔开来，因此 大面积的PN结将被介电隔离取代。各种阱可以向下延伸至氧化埋层，有效减少了漏电流和 结电容。其结果必然是大幅度提高了芯片的运行速度，拓宽了器件工作的温度范围。随着 绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的出现，它以普通横向双扩散金属氧化 物半导体晶体管无法比拟的优点(功耗低、抗干扰能力强、集成密度高、速度快、消除闩锁 效应)而得到学术界和工业界的广泛垂青。绝缘栅双极型晶体管综合了双极型晶体管和绝缘栅场效应管器件的优点，驱动功 率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频 器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。目前，功率半导体器件的主要性能由击穿电压，导通电阻，增益来衡量。另外，由于 功率半导体器件工作在很高的电压下，热载流子效应会导致器件的阈值电压，导通电阻，增 益等性能参数随着使用时间的增加而出现不同程度的退化，严重影响器件的使用寿命。如 何降低热载流子效应成为研究功率半导体器件，提高器件寿命的重要课题之一。本技术就是针对这一问题而提出的改进结构的绝缘体上硅横向绝缘栅双极 型晶体管。
技术实现思路
本技术提供一种能够有效降低热载流子效应的N型横向绝缘栅双极型器件。本技术采用如下技术方案一种降低热载流子效应的N型横向绝缘栅双极型器件，包括P型衬底，在P型衬 底上设有埋氧，在埋氧上设有P型外延层，在P型外延层上设有N型阱和P阱区，在N型阱 上设有N型缓冲阱，在N型缓冲阱上设有P型阳区，在P阱区上设有N型阴区和P型体接触 区，在P型外延区的表面设有栅氧化层且栅氧化层自P型外延区延伸至N型阱区，在P型阳3区、P型体接触区、N型阴区和栅氧化层以外的区域设有场氧化层，在栅氧化层的上表面设 有多晶硅栅且多晶硅栅延伸至场氧化层的表面，在场氧化层、P型体接触区、N型阴区、多晶 硅栅及P型阳区的表面设有氧化层，在P型阳区、P型体接触区、N型阴区和多晶硅栅上分别 连接有金属层。其特征在于在P阱区的下部、埋氧之上设有P型埋层，插入P型外延层一部 分，与P阱区整体构成反向的“L”型P区。与现有技术相比，本技术具有如下优点(1)本技术器件在P阱区13的下部制作一个浓度不小于P阱区13的P型埋 层14，可以有效的将空穴电流的路径引到器件底部，然后从P阱区13流入P型体接触区 11 (参见附图4)。而在一般的器件结构中空穴电流的路径是在沟道区下方且离沟道区很近 的区域(参见附图3)。因而本技术结构能有效降低沟道区的离子产生率(参见附图 5)，从而降低热载流子注入的剂量。(2)本技术器件的好处在于将电流路径引到器件底部后能有效降低沟道区的 纵向电场的峰值(参见附图6)，从而通过减低热载流子的注入能量来降低热载流子注入氧 化层的可能性。(3)本技术器件的好处在于能明显降低载流子温度(参见附图7)，从而有效 地抑制了器件热载流子效应的发生。(4)本技术器件在延长的器件的热载流子退化寿命的同时，可以通过合理的 设置P型埋层14的位置和浓度使得器件阈值电压和导通电阻以及击穿电压等器件特性参 数不发生改变。(5)本技术器件的P型埋层可以通过高能量的硼离子注入后退火形成，不引 入额外的工艺过程，与现有的集成电路制造工艺完全兼容。附图说明图1是剖面图，图示出了一般的N型横向高压绝缘栅双极型器件剖面结构。图2是剖面图，图示了本技术改进的N型横向高压绝缘栅双极型器件的剖面 结构。图3是一般器件结构的电流路径示意图。图4是本技术器件的电流路径示意图，图示出了本技术器件的电流路径 是沿着器件底部流动的。图5是本技术器件沟道区的离子产生率和一般结构器件沟道区的离子产生 率比较图。可以看出本技术器件沟道区的离子产生率有明显的降低。图6是本技术器件沟道区的电场和一般结构器件沟道区的电场比较图。可以 看出本技术器件沟道区的纵向电场峰值有明显的降低。图7是本技术结构电子的温度和一般结构器件电子的温度比较图。可以看出 本技术器件电子的温度有明显降低。具体实施方式以下结合附图1，对本技术作详细说明，一种降低热载流子效应的N型横向绝 缘栅双极型器件，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P型外延层3，在P型外延层3上设有N型阱4和P阱区13，在N型阱4上设有N型缓冲阱5，在N型 缓冲阱5上设有P型阳区6，在P阱区13上设有N型阴区12和P型体接触区11，在P型外 延区3的表面设有栅氧化层10且栅氧化层10自P型外延区3延伸至N型阱区4，在P型 阳区6、P型体接触区11、N型阴区12和栅氧化层10以外的区域设有场氧化层8，在栅氧化 层10的上表面设有多晶硅栅9且多晶硅栅9延伸至场氧化层8的表面，在场氧化层8、P型 体接触区11、N型阴区12、多晶硅栅9及P型阳区6的表面设有氧化层15，在P型阳区6、 P型体接触区U、N型阴区12和多晶硅栅9上分别连接有金属层7。其特征在于在P阱区 13的下部、埋氧2之上设有P型埋层14，插入P型外延层3 —部分，与P阱区13整体构成 反向的“L”型P区。所述的特征结构中P型埋层14的宽度是P阱区13宽度的1. 5到2倍。所述的特征结构中P型埋层14的高度是P阱区13高度的0. 3到0. 5倍。所述的特征结构中P型埋层14的掺杂浓度不小于P阱区13掺杂浓度。所述的特征结构中P型埋层14可以通过高能离子注入以隐埋层的方式形成。本技术采用如下方法来制备第一步，在SOI层制作所需要的P型埋层，取P型外延绝缘体上硅，对其进行预清 洗.通过高能量硼离子注入，在外延层的底部形成一个P型埋层，经高温退火恢复晶格损伤。。第二步，接下来的是常规的横向绝缘栅双极型晶体管的制作，它包括在P型外延 上通过注入磷离子制备N型深阱，经高温退火形成扩散区。再制作高浓度的P阱区，N型缓 冲层，场氧化层、栅氧化的生长，之后淀积多晶硅，刻蚀形成栅，再制作重掺杂的阳区和阴区 以及P型体接触区。淀积二氧化硅，刻蚀电极接触区后淀积金属。刻蚀金属并引出电极，最 后进行钝化处理。权利要求一种降低热载流子效应的N型横向绝缘栅双极型器件，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P型外延层(3)，P型外延层(3)左边设有N型阱(4)，右边设有P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低热载流子效应的Ｎ型横向绝缘栅双极型器件，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Ｐ型外延层（３），Ｐ型外延层（３）左边设有Ｎ型阱（４），右边设有Ｐ阱区（１３），Ｎ型阱（４）和Ｐ阱区（１３）之间仍有Ｐ型外延层（３）隔离，在Ｎ型阱（４）上设有Ｎ型缓冲阱（５），在Ｎ型缓冲阱（５）上设有Ｐ型阳区（６），在Ｐ阱区（１３）上设有Ｎ型阴区（１２）和Ｐ型体接触区（１１），在Ｐ型外延层（３）的表面设有栅氧化层（１０）且栅氧化层（１０）自Ｎ型阴区（１２）开始延伸至Ｎ型阱（４），在Ｐ型阳区（６）、Ｐ型体接触区（１１）、Ｎ型阴区（１２）和栅氧化层（１０）以外的硅表面区域设有场氧化层（８），在栅氧化层（１０）的上表面设有多晶硅栅（９）且多晶硅栅（９）延伸至其左边Ｎ型阱（４）上的场氧化层（８）的表面，在Ｐ型阳区（６）、场氧化层（８）、多晶硅栅（９）、Ｐ型体接触区（１１）、Ｎ型阴区（１２）的表面设有氧化层（１５），在Ｐ型阳区（６）、Ｐ型体接触区（１１）、Ｎ型阴区（１２）和多晶硅栅（９）上分别连接有金属层（７），其中Ｐ型体接触区（１１）、Ｎ型阴区（１２）上连接的为同一金属层（７），其特征在于在Ｐ阱区（１３）的下部、埋氧（２）之上设有Ｐ型埋层（１４），插入Ｐ型外延层（３）一部分，与Ｐ阱区（１３）整体构成反向的“Ｌ”型Ｐ区。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱钦松，孙虎，孙伟锋，庄华龙，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]