[发明专利]逆导型SOI LIGBT器件单元

说明书

技术领域

本发明属于功率集成电路技术领域，涉及一种集成续流二极管的逆导型SOI(绝缘层上半导体)LIGBT(横向绝缘栅双极晶体管)器件单元。

背景技术

SOI LIGBT器件由于其较小的体积、重量，较高的工作温度和较强的抗辐照能力，较低的成本和较高的可靠性，作为无触点功率电子开关或功率驱动器在智能电力电子、高温环境电力电子、空间电力电子和交通工具电力电子等技术中具有广泛应用。常规的SOI LIGBT(以SOI NLIGBT为例)在衬底与顶层半导体之间含有隐埋氧化层的SOI顶层半导体中的N^-漂移区上形成场氧化层；在靠近阴极区端采用双离子注入多晶硅自对准掺杂技术形成短沟道NMOSFET及多晶硅栅及场板，附加P⁺离子注入掺杂实现P-阱的欧姆接触；由多晶硅栅引出栅极金属电极，N⁺P⁺区引出阴极金属电极；在近阳极端通过磷离子注入掺杂形成N型缓冲区，在该掺杂区进行浅P型杂质注入形成阳极区，并利用层间介质薄膜和金属薄膜引出阳极金属电极-漏极与漏极场板。该SOI LIGBT器件没有集成反向续流器件结构，不具备逆向导通功能，在带感性负载且高频使用过程中由于缺乏磁场能的电能泄放回路容易引起感生高电压，导致器件损坏失效。目前，商业化的SOI LIGBT器件在实际应用中采用外接续流二极管解决该问题，增加了系统体积、重量、成本并降低了系统速度、可靠性与使用寿命。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有逆向导通功能的SOILIGBT器件单元，从而显著改善基于SOI LIGBT器件的电力变换系统的速度、可靠性与使用寿命并降低系统体积、重量、成本。

本发明包括半导体衬底、隐埋氧化层、缓冲区、漂移区、与漂移区异型的阱、与阱同型重掺杂的阱接触区、与漂移区同型重掺杂的源区、栅氧化层、与阱同型的主器件阳极区、与阱同型重掺杂的主器件阳极接触区、与漂移区同型的主器件阳极短路点区、场氧化层、主器件多晶硅栅极与栅场板区、主器件边墙隔离氧化层、边缘沟槽隔离氧化层、内部沟槽隔离氧化层、续流二极管阴极接触区；所述的缓冲区和漂移区为同型掺杂；

水平设置的隐埋氧化层将半导体衬底和顶层器件层完全隔离；顶层器件层包括掺杂浓度不同的两个同型半导体区，掺杂浓度高的为缓冲区、掺杂浓度低的为漂移区；竖直设置的内部沟槽隔离氧化层将顶层器件层隔离成主器件部分和续流二极管部分，其中内部沟槽隔离氧化层将型缓冲区完全隔离，而将漂移区部分隔离；主器件部分的边缘设置有边缘沟槽隔离氧化层，边缘沟槽隔离氧化层与内部沟槽隔离氧化层平行，边缘沟槽隔离氧化层和内部沟槽隔离氧化层与隐埋氧化层相连；

在顶层器件层漂移区的上表面远离型缓冲区的一侧向下掺杂形成与漂移区异型的阱，阱沿水平方向贯穿主器件部分和续流二极管部分；在阱内沿上表面向下设置与阱同型的重掺杂的阱接触区，阱接触区沿水平方向贯穿主器件部分和续流二极管部分；在主器件部分的阱内沿上表面向下设置与漂移区同型的重掺杂源区，在阱内的源区的端面与边缘沟槽隔离氧化层和内部沟槽隔离氧化层紧密接触、侧面与主器件部分的阱接触区紧密接触；

其中在主器件部分的阱接触区和源区构成主器件阴极区，在续流二极管部分的阱作为续流二极管阳极区，阱接触区作为续流二极管阳极接触区；

在主器件部分顶层器件层的型缓冲区的上表面远离漂移区的一侧向下掺杂形成与阱同型的主器件阳极区；在主器件阳极区内沿上表面向下设置与阱同型重掺杂的主器件阳极接触区，在主器件阳极接触区内远离漂移区的一侧沿上表面向下设置有主器件阳极短路点区，主器件阳极短路点区沿竖直方向贯穿主器件阳极区；主器件阳极短路点区的两个端面、主器件阳极区的两个端面以及主器件阳极接触区的两个端面分别与边缘沟槽隔离氧化层和内部沟槽隔离氧化层紧密接触；

在续流二极管部分顶层器件层的型缓冲区的上表面远离漂移区的一侧向下进行同型重掺杂形成续流二极管阴极接触区，其中续流二极管部分的型缓冲区作为续流二极管阴极区；

在漂移区的上表面设置有栅氧化层，栅氧化层将源区与漂移区之间的阱的上表面完全覆盖；

场氧化层设置在顶层器件层上表面，场氧化层在主器件部分将栅氧化层以外的顶层器件层覆盖，在续流二极管部分将顶层器件层全部覆盖；在主器件阴极区、主器件阳极接触区、续流二极管阳极接触区和续流二极管阴极接触区上开有接触孔；

在栅氧化层上表面设置有多晶硅栅极与栅场板区，多晶硅栅极与栅场板区将栅氧化层的全部上表面以及与栅氧化层相邻的场氧化层的部分上表面覆盖；