[发明专利]一种超低功耗薄层高压功率器件

摘要

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。

主权项

1.一种超低功耗薄层高压功率器件，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(14)；所述N型顶部半导体层(14)表面沿横向方向依次具有发射极结构、栅极结构和集电极结构；/n所述发射极结构包括沿器件垂直方向贯穿N型顶部半导体层(14)与埋氧层(2)上表面接触的P型阱区(3)，以及位于P型阱区(3)上部的沿横向方向并列设置的P型重掺杂区(4)和N型重掺杂区(5)，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，N型重掺杂区(5)位于靠近栅极结构的一侧；以三维直角坐标系对器件的三维方向进行定义：定义器件横向方向为x轴方向、器件垂直方向为y轴方向、器件纵向方向即第三维方向为z轴方向；/n其特征在于：/n所述栅极结构包括第一导电材料(6)和第一栅介质(7)；所述第一导电材料(6)嵌入设置在靠近发射极结构一侧的第一栅介质(7)上层，第一导电材料(6)上表面与另一侧第一栅介质(7)上表面齐平，沿x轴方向，第一导电材料(6)及其底部的第一栅介质(7)中部沿y轴方向下凹形成第一凹形槽(13)，第一凹形槽(13)与埋氧层(2)上表面之间有间距T，形成狭窄的导电路径；所述第一栅介质(7)一侧的下表面与N型重掺杂区(5)的部分上表面交叠，第一栅介质(7)的另一侧与集电极结构有间距；第一导电材料(6)上表面引出栅极电极；/n所述集电极结构沿x轴方向依次包括N型缓冲层(8)、P型重掺杂区(9)和N型重掺杂区(10)；N型缓冲层(8)位于靠近栅极结构一侧，P型重掺杂区(9)和N型重掺杂区(10)嵌入设置在N型缓冲层(8)远离栅极结构一侧上层，且P型重掺杂区(9)沿x轴方向将N型重掺杂区(10)的中部贯穿；沿z轴方向，P型重掺杂区(9)的两端具有第二导电材料(12)，且第二导电材料(12)沿y轴方向贯穿P型重掺杂区(9)，第二导电材料(12)沿x轴方向的横切面呈凹槽形成集电极槽栅(15)，第二导电材料(12)还沿x轴方向延伸，将P型重掺杂区(9)和N型重掺杂区(10)隔离，且第二导电材料(12)与N型缓冲层(8)、P型重掺杂区(9)和N型重掺杂区(10)之间通过第二栅介质(11)隔离，凹槽的底部与埋氧层结构(2)上表面之间有间距T；所述P型重掺杂区(9)和N型重掺杂区(10)上表面共同引出集电极电极；/n所述第二导电材料(12)表面引出集电极槽栅电极；所述的集电极槽栅电极与集电极之间存在偏置电压：器件导通时集电极槽栅电极相对于集电极的电压为负值，器件关断时集电极槽栅电极相对于集电极的电压为正值。/n