[发明专利]一种超低功耗薄层高压功率器件

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种超低功耗薄层高压功率器件。本发明主要特征在于：包含发射极端凹形槽和集电极槽栅。正向导通时，集电极槽栅相比集电极为负压，将其下的N型漂移区耗尽，消除正向导通时存在的电压折回效应，在N‑buffer靠近其侧有空穴积累，增强空穴注入；发射极侧凹形槽通过物理压缩空穴抽取通道，阻止空穴被抽取，由于电中性要求，更多电子被注入漂移区，降低正向压降。关断过程中，集电极槽栅相比集电极为正压，N‑buffer靠近集电极槽栅空穴积累层消失，停止向漂移区内注入空穴，使得关断速度大幅提高。本发明的有益效果为，相对传统短路阳极SOI LIGBT结构，本发明具有更低导通压降以及更快关断速度，Von‑Eoff折中更佳，且消除电压折回效应。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种超低功耗的薄SOI LIGBT(LateralInsulator Gate Bipolar Transistor，横向绝缘栅双极型晶体管)。

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有点，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过的过剩载流子，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电压折回(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，提出一种超低功耗薄层高压功率器件。通过在发射极侧引入凹形槽，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，在凹形槽的正下方形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；通过在集电极侧引入集电极槽栅，通过施加电压产生耗尽效果完全阻断正向导通时电子电流流向短路阳极N+的路径，从而成功消除Snapback效应。

本发明的技术方案是：

一种超低功耗的薄SOI LIGBT，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14；所述N型顶部半导体层14表面沿横向方向依次形成发射极结构、栅极结构、集电极结构；

所述发射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P型重掺杂区4和N型重掺杂区5；所述P型阱区3底部与埋氧层2接触或者不接触；所述P型重掺杂区4和N型重掺杂区5相互接触；所述P型重掺杂区4和N型重掺杂区5上表面共同引出发射极电极；

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13；所述凹形槽13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14靠近P型阱区3的一侧，且与P型阱区3不接触，槽底深入N型顶部半导体层14，与埋氧层2上表面之间有间距为T，形成极为狭窄的导电路径；所述栅介质7左边界仅与N型重掺杂区5的上表面有交叠，栅介质7覆盖于P型阱区3、凹形槽13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，且与栅介质7紧密贴合，导电材料6的左边界与栅介质7的左边界在同一条垂直方向的线上，导电材料6的右边界跨过栅介质7的右边界；所述导电材料6上表面引出栅极电极；