[发明专利]一种横向绝缘栅双极型晶体管

说明书

本发明属于半导体功率器件技术领域，具体的说是涉及一种横向绝缘栅双极型晶体管。本发明通过在传统横向绝缘栅双极型晶体管的基础上，在器件表面沿沟道长度方向刻蚀沟槽形成三维结构，形成具有三维结构的横向绝缘栅双极型晶体管；同时在器件三维漂移区表面形成多晶二极管并在集电极附近集成三维PMOS和齐纳二极管。本发明结构具有比传统LIGBT更低的正向导通压降并在导通过程中不存在负阻现象，同时具有更高的器件击穿电压，更快的关断速度和更低的关断损耗。

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，具体的说是涉及一种横向绝缘栅双极型晶体管。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种MOS场效应和双极型晶体管复合的新型电力电子器件，它既有MOSFET易于驱动，控制简单的优点，又有功率晶体管导通压降低，通态电流大，损耗小的优点，已成为中高功率电力电子领域的主流功率开关器件，广泛应用在诸如通信、能源、交通、工业、医学、家用电器及航空航天等国民经济的各个领域。国际知名半导体公司，如ABB，Infineon(IR)，ST，Renesas，Mitsubishi，FuJi等相继投入到IGBT的研发和制造中。近年来，作为功率电子学的热点领域，IGBT更是获得了美国、日本和欧洲等发达国家和地区的高度重视。

IGBT在导通过程中，电子经过MOS沟道进入N型漂移区中，从而引起P型集电区向漂移区注入大量的空穴。因此，处于开态的IGBT漂移区中存储有大量的过剩电子-空穴对，这些电子-空穴对形成电导调制效应，极大地降低了漂移区电阻，从而降低正向导通压降VCE。实际应用中，为减小开态损耗，总是希望VCE越低越好。但VCE越低意味着电导调制效应越强烈，漂移区中过剩的电子-空穴对越多，这些大量的电子-空穴对在IGBT关断过程中需要被全部抽取和复合，从而导致关断损耗EOFF增加。VCE与EOFF是IGBT的一组重要的折中关系，它直接关系到开态损耗与关断损耗的大小。IGBT每一代产品的更迭，其中都包含对该折中关系的优化。

目前，横向功率器件广泛采用绝缘层上硅(SOI)技术，以减小寄生电容、抑制衬底电流、消除衬底引起的闩锁效应等。其典型的制备工艺包括注氧隔离SIMOX技术、键合技术以及Smart-Cut技术等。横向IGBT(LIGBT)由于栅驱动功率小、电流处理能力强、易于集成的优点，广泛应用于功率集成IC(PICs)以及智能功率IC中，其基本结构如图1所示。由于关断过程需要抽取漂移区中的过剩载流子，导致其关断时间较长，关断损耗较大，限制了LIGBT在高频领域的应用。为改善LIGBT的VCE-EOFF折中关系，最有效的方法是在关断过程中增加电子抽取通路，以减小电流的下降时间，典型结构为阳极短路(SA-LIGBT)结构，如图2所示。然而，该结构在正向导通时，电子通过N+发射区5、P型体区4的表面沟道、低掺杂N型漂移区3、集电极N+区8到达集电极，形成寄生MOS结构，产生电子电流通路，会导致导通曲线呈现负阻现象，并减弱漂移区的电导调制效应，增大正向导通压降，不利于器件的实际应用。

发明内容