[发明专利]一种短路阳极薄层高压功率器件

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种短路阳极薄层高压功率器件。本发明主要特征在于：采用两个凹形槽及隔离槽的结构正向导通时，阳极侧的凹形槽和隔离槽因为压缩了电子电流的流动通道，仅留有极为狭窄的导电通道可以增大阳极侧的分布电阻，从而消除短路阳极结构正向导通时存在的Snapback(电压折回)效应；阴极侧的凹形槽通过物理阻挡空穴的抽取，并且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，阻止空穴被阴极抽取，由于电中性的要求，更多的电子被注入漂移区，极大地提高了漂移区中的载流子浓度，降低器件的正向导通压降。关断时，短路阳极N+的存在会加快电子的抽取速度，提高器件关断速度。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种短路阳极薄层高压功率器件。

背景技术

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优点，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多的过剩载流子，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SOI LIGBT存在正向导通压降过大的问题。

发明内容

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电流流向短路阳极N+的通道，增大了阳极处的分布电阻，从而成功消除Snapback效应。

本发明的技术方案是：

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形成阴极结构、栅极结构和阳极结构；

所述阴极结构包括沿器件垂直方向分布的P型阱区3，以及位于P型阱区3上部的沿横向方向依次是第一P型重掺杂区4和第一N型重掺杂区5；所述第一P型重掺杂区4和第一N型重掺杂区5相互接触；所述第一P型重掺杂区4和第一N型重掺杂区5上表面共同引出阴极电极；

其特征在于：

在器件正视图中，所述栅极结构包括导电材料6和栅介质7以及凹形槽121；所述凹形槽121位于P型阱区3和N型缓冲区8之间的N型顶部半导体层11且靠近P型阱区3的一侧，且与P型阱区3不接触，槽底垂直深入N型顶部半导体层11，且与埋氧层2上表面之间有间距T1，形成极为狭窄的导电路径；所述栅介质7左边界仅与第一N型重掺杂区5的上表面相互交叠，栅介质7覆盖于P型阱区3、凹形槽121表面，且距离N型缓冲层8上表面有间距；所述导电材料6覆盖于栅介质7上表面，且左边界与栅介质7的左边界对齐，导电材料6的右边界未跨过栅介质7的右边界有；所述导电材料6上表面引出栅极电极；