[发明专利]一种低导通功耗绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管

说明书

本发明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器件的阴极，传统LIGBT结构区的阳极作为本发明器件阳极。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的，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。本发明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。

本发明的技术方案：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；