專利名稱：一種薄層soi ligbt器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
橫向絕緣柵雙極型晶體管LIGBT (Lateral Insulated-Gate Bipolar Transistor)
常用于高壓功率驅(qū)動(dòng)集成電路的輸出級(jí)，以改進(jìn)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng) 效應(yīng)晶體管LDMOS (Lateral Double-diffused MOSFET)耐壓與導(dǎo)通電阻之間的 矛盾。SOI技術(shù)以其理想的介質(zhì)隔離性能、相對(duì)簡(jiǎn)單的介質(zhì)隔離工藝、寄生效應(yīng) 小、速度快、功耗低、集成度高、抗輻照能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得SOI LIGBT在高壓
功率集成電路領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。
文獻(xiàn)(1 ) M. Stoisiek, K. -G, Oppermann, U. Schwalke, et al. A dielectric isolated high-voltage IC-technology for off-Line applications. 1995 International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs, Vol.7: 325-329， 米用3pm埋氧層、20拜 SOI層的SDB材料，開(kāi)發(fā)出600V高低壓兼容工藝，實(shí)現(xiàn)深槽介質(zhì)隔離的LIGBT 器件，如圖1所示。其中18是深槽隔離區(qū)，l是P+襯底，2是埋氧層，3是N型 緩沖層，4是P+陽(yáng)極，9是P型體區(qū)，16是N—漂移區(qū)，12是N+陰極，19是槽側(cè) 墻擴(kuò)散P區(qū)。由于較厚的SOI層，雖采用介質(zhì)隔離的SOI技術(shù)，但槽側(cè)墻擴(kuò)散P 區(qū)19與N—漂移區(qū)16之間存在大面積的PN結(jié)，其并沒(méi)有充分利用SOI技術(shù)的低 漏電、低功耗優(yōu)勢(shì)；并且由于采用深槽介質(zhì)隔離方式，需要進(jìn)行深槽刻蝕、槽側(cè) 墻p擴(kuò)散、槽填充、平坦化等額外的工藝步驟，增加了工藝成本。
文獻(xiàn)(2) T. Nitta, S. Yanagi, T. Miyajima， et al. Wide voltage power device implementation in 0.25jam SOI BiC-DMOS. 2006 International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs, Vol.18: 341-344，采用1.5pm埋氧層和5nm SOI層 實(shí)現(xiàn)LIGBT，如圖2所示。其中l(wèi)是P+襯底，2是埋氧層，16是N—漂移區(qū)，3是 N型緩沖層，4是P+陽(yáng)極，5是集電極金屬，6和19是場(chǎng)氧化層，20是N+區(qū)，7 是金屬前介質(zhì)，10是多晶硅柵電極，17為柵氧層，12是發(fā)射極N+區(qū)，ll是發(fā)射 極金屬，13是發(fā)射極P+區(qū)，9是P型體區(qū)。該器件雖然采用5pm SOI層，但P 型體區(qū)9與N—漂移區(qū)16形成的PN結(jié)較薄層SOI技術(shù)仍增加了額外的寄生電容，且需深槽刻蝕、槽填充、平坦化等額外的工藝步驟，增加了工藝成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種薄層SOI LIGBT器件，在薄層SOI材料上(典型厚 度lpm 2pm)實(shí)現(xiàn)高壓、高速、低導(dǎo)通損耗的LIGBT器件。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比， 其基于薄層SOI技術(shù)，進(jìn)一步降低了傳統(tǒng)厚層SOI器件的寄生效應(yīng)，從而具有更 低的漏電流。由于SOI層較薄，其可采用常規(guī)硅局部氧化(LOCal Oxidation of Silicon)工藝實(shí)現(xiàn)器件的介質(zhì)隔離，亦可采用淺槽隔離技術(shù)；與深槽介質(zhì)隔離相 比，改善了工藝的兼容性。器件在體區(qū)與漂移區(qū)之間具有空穴勢(shì)壘層，將空穴最 大限度"擋"在漂移區(qū)內(nèi)，從而增加漂移區(qū)中靠陰極側(cè)的空穴濃度，降低了器件 導(dǎo)通損耗。在空穴勢(shì)壘層旁做有P型輔助耗盡層，輔助耗盡N型空穴勢(shì)壘層，以 增強(qiáng)器件承受高壓時(shí)的漂移區(qū)耗盡，改善器件的擊穿特性。
本發(fā)明提供的一種薄層SOI LIGBT器件，如圖3所示，包括襯底l，埋氧 層2， N型緩沖層3， P+陽(yáng)極區(qū)4，陽(yáng)極金屬5，場(chǎng)氧區(qū)6，金屬前介質(zhì)7， N型空 穴勢(shì)壘層8， P型體區(qū)9，多晶硅柵極IO，陰極金屬ll，陰極N+區(qū)12，陰極？+ 區(qū)13， P型區(qū)14， N—漂移區(qū)16和柵氧層17。所述襯底1的上面是埋氧層2，所 述埋氧層2上面是厚度為lpm 2^mi的SOI層；所述SOI層一側(cè)是N型緩沖層3， N型緩沖層3的上面是P+陽(yáng)極區(qū)4， P+陽(yáng)極區(qū)4的上面是陽(yáng)極金屬5;所述SOI 層另一側(cè)是P型區(qū)14; P型區(qū)14和N型緩沖層3之間是N型空穴勢(shì)壘層8、 P 型體區(qū)9和N—漂移區(qū)16，其中N—漂移區(qū)16與N型緩沖層3相連，P型體區(qū)9 與P型區(qū)14相連，N型空穴勢(shì)壘層8位于P型體區(qū)9和N—漂移區(qū)16之間；N— 漂移區(qū)16的上面是場(chǎng)氧區(qū)6; N型空穴勢(shì)壘層8和部分P型體區(qū)9的上面是柵氧 層17，柵氧層17和部分場(chǎng)氧區(qū)6的上面是多晶硅柵極10;部分P型區(qū)14的上 面是陰極P+區(qū)13，另一部分P型區(qū)14和另一部分P型體區(qū)9的上面是陰極N+ 區(qū)12;陰極N+區(qū)12和陰極P+區(qū)13的上面是陰極金屬11;多晶硅柵極IO和大部 分場(chǎng)氧區(qū)6的上面且在陽(yáng)極金屬5和陰極金屬11之間的是金屬前介質(zhì)7。
上述技術(shù)方案中，所述N型空穴勢(shì)壘層8其摻雜濃度大于N—漂移區(qū)16的摻 雜濃度。
本發(fā)明提供的薄層SOI LIGBT器件中，還可以增加一層P型耗盡區(qū)15，所 述P型耗盡區(qū)15位于所述N型空穴勢(shì)壘層8和P型體區(qū)9的下面，與埋氧層2相連，如圖5所示。
本發(fā)明提供的薄層SOI LIGBT器件中，還可以增加一層P型耗盡區(qū)15，所 述P型耗盡區(qū)15與N型空穴勢(shì)壘層8相間構(gòu)成，且N型空穴勢(shì)壘層8和P型耗 盡區(qū)15均與P型體區(qū)9和N—漂移區(qū)16相連，如圖6所示。
本發(fā)明的工作原理
本發(fā)明提供的一種薄層SOILIGBT功率器件。器件SOI層較薄，可以進(jìn)一步 降低傳統(tǒng)厚層器件的寄生效應(yīng)，提高器件的開(kāi)關(guān)速度，避免閂鎖效應(yīng)。在體區(qū)與 漂移區(qū)之間做有N型空穴勢(shì)壘層，將空穴最大限度"擋"在漂移區(qū)內(nèi)，從而增加 漂移區(qū)中靠陰極側(cè)的空穴濃度，降低器件導(dǎo)通損耗。這里以高壓N溝道LIGBT 為例(如圖3),說(shuō)明本發(fā)明的工作原理。
在器件導(dǎo)通時(shí)，即加在多晶硅柵極10上的電壓大于器件閾值電壓時(shí)，N溝道 反型層形成，器件開(kāi)啟。P型體區(qū)9與N—漂移區(qū)16間做有N型空穴勢(shì)壘層8， N 型空穴勢(shì)壘層8濃度高于N—漂移區(qū)16濃度，N型空穴勢(shì)壘層8與N—漂移區(qū)16間 所形成的NN—結(jié)的內(nèi)建勢(shì)作用，形成阻礙空穴從陽(yáng)極區(qū)向陰極區(qū)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)，因此 P+陽(yáng)極區(qū)4注入空穴至N—漂移區(qū)16,由于N型空穴勢(shì)壘層8的作用，將P+陽(yáng)極 區(qū)4注入的空穴最大限度"擋"在漂移區(qū)內(nèi)，增加了 N—漂移區(qū)16中靠陰極側(cè)的 空穴濃度，如圖4所示。由于載流子濃度的增加，使得N溝道LIGBT的導(dǎo)通損 耗降低。
在器件關(guān)斷時(shí)，空穴勢(shì)壘層8旁邊的P型耗盡區(qū)15能輔助耗盡N型空穴勢(shì) 壘層8，以降低P型體區(qū)9和N型空穴勢(shì)壘層8間所形成的冶金結(jié)的電場(chǎng)峰值， 從而改善器件的擊穿特性。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是采用薄層SOI材料。與傳統(tǒng)PN結(jié)隔離的體硅技術(shù)相 比，其具有更小的寄生效應(yīng)，更高的工作頻率，且器件避免了閂鎖現(xiàn)象的發(fā)生。 而與文獻(xiàn)l和2厚層SOI器件相比，本發(fā)明采用小于2nm的SOI厚度，這一結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)使得薄層SOI器件具有寄生效應(yīng)小、速度快、功耗低、抗輻照能力強(qiáng)等諸 多優(yōu)點(diǎn)，并且與標(biāo)準(zhǔn)工藝兼容，不需要深槽介質(zhì)隔離，工藝簡(jiǎn)單。采用硅局部氧 化工藝或淺槽隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)器件的高低壓兼容，降低了工藝難度及成本。
綜上所述，本發(fā)明提供一種薄層SOILIGBT器件，在薄層SOI材料上實(shí)現(xiàn)高壓低導(dǎo)通損耗LIGBT器件。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，其基于薄層SOI技術(shù)，進(jìn)一步降 低了傳統(tǒng)厚層SOI器件的寄生效應(yīng)，從而具有更低的漏電流。由于SOI層較薄， 其可采用常規(guī)LOCOS工藝實(shí)現(xiàn)器件的介質(zhì)隔離，亦可采用淺槽隔離技術(shù)；與深 槽介質(zhì)隔離相比，改善了工藝的兼容性。器件在體區(qū)與漂移區(qū)之間做有空穴勢(shì)壘 層，將空穴最大限度"擋"在漂移區(qū)內(nèi)，從而增加漂移區(qū)中靠陰極側(cè)的空穴濃度， 降低了器件導(dǎo)通損耗。在空穴勢(shì)壘層旁做有P型輔助耗盡層，輔助耗盡N型空穴 勢(shì)壘層，以增強(qiáng)器件承受高壓時(shí)的漂移區(qū)耗盡，改善器件的擊穿特性。


圖1是現(xiàn)有基于20pm厚層SOI的LIGBT器件結(jié)構(gòu)示意圖。
其中l(wèi)是P+襯底，2是埋氧層，3是N型緩沖層，4是P+陽(yáng)極，16是N—漂移 區(qū)，12是N+陰極，9是P型體區(qū)
圖2是現(xiàn)有基于5pm厚層SOI的LIGBT器件結(jié)構(gòu)示意圖。
其中5是集電極金屬，6和19是場(chǎng)氧化層，20是N+區(qū)，7是金屬前介質(zhì)， IO是多晶硅柵電極，17為柵氧層，12是發(fā)射極N+區(qū)，11是發(fā)射極金屬，13是 發(fā)射極P+區(qū)。
圖3是本發(fā)明提供的薄層SOI LIGBT器件結(jié)構(gòu)示意圖。 其中8是N型空穴勢(shì)壘層。
圖4是有無(wú)N型空穴勢(shì)壘層8時(shí)的漂移區(qū)空穴濃度比較示意圖。其中圖4(a) 是有N型空穴勢(shì)壘層8時(shí)的漂移區(qū)空穴濃度示意圖，圖4 (b)是沒(méi)有N型空穴 勢(shì)壘層8時(shí)的漂移區(qū)空穴濃度示意圖。
圖5是本發(fā)明的另一種薄層SOI LIGBT結(jié)構(gòu)示意圖。其中15是P型耗盡區(qū)。
圖6是本發(fā)明的又一種薄層SOI LIGBT結(jié)構(gòu)示意圖。其中15是P型耗盡區(qū)。
具體實(shí)施例方式
采用本發(fā)明的薄層SOILIGBT，可以得到性能優(yōu)良的高壓、高速、低導(dǎo)通損 耗的功率器件，滿足150-250V PDP行驅(qū)動(dòng)IC、 600V開(kāi)關(guān)電源IC等對(duì)驅(qū)動(dòng)級(jí)高 壓、大電流、低導(dǎo)通損耗的要求。本發(fā)明提供的一種薄層SOILIGBT器件，如圖3所示，包括襯底l，埋氧 層2， N型緩沖層3， P+陽(yáng)極區(qū)4，陽(yáng)極金屬5，場(chǎng)氧區(qū)6，金屬前介質(zhì)7， N型空 穴勢(shì)壘層8， P型體區(qū)9，多晶硅柵極IO，陰極金屬11，陰極N+區(qū)12，陰極？+ 區(qū)13， P型區(qū)14， N—漂移區(qū)16和柵氧層17。所述襯底1的上面是埋氧層2，所 述埋氧層2上面是厚度為lpm ~2pm的SOI層；所述SOI層一側(cè)是N型緩沖層3， N型緩沖層3的上面是P+陽(yáng)極區(qū)4， P+陽(yáng)極區(qū)4的上面是陽(yáng)極金屬5;所述SOI 層另一側(cè)是P型區(qū)14; P型區(qū)14和N型緩沖層3之間是N型空穴勢(shì)壘層8、 P 型體區(qū)9和N—漂移區(qū)16，其中N—漂移區(qū)16與N型緩沖層3相連，P型體區(qū)9 與P型區(qū)14相連，N型空穴勢(shì)壘層8位于P型體區(qū)9和N—漂移區(qū)16之間；N— 漂移區(qū)16的上面是場(chǎng)氧區(qū)6; N型空穴勢(shì)壘層8和部分P型體區(qū)9的上面是柵氧 層17，柵氧層17和部分場(chǎng)氧區(qū)6的上面是多晶硅柵極10;部分P型區(qū)14的上 面是陰極P+區(qū)13，另一部分P型區(qū)14和另一部分P型體區(qū)9的上面是陰極N+ 區(qū)12;陰極N+區(qū)12和陰極P+區(qū)13的上面是陰極金屬11;多晶硅柵極IO和大部 分場(chǎng)氧區(qū)6的上面且在陽(yáng)極金屬5和陰極金屬11之間的是金屬前介質(zhì)7。
上述技術(shù)方案中，所述N型空穴勢(shì)壘層8其摻雜濃度大于N—漂移區(qū)16的摻 雜濃度。
本發(fā)明提供的薄層SOI LIGBT器件中，還可以增加一層P型耗盡區(qū)15，所 述P型耗盡區(qū)15位于所述N型空穴勢(shì)壘層8和P型體區(qū)9的下面，與埋氧層2 相連，如圖5所示。
本發(fā)明提供的薄層SOI LIGBT器件中，還可以增加一層P型耗盡區(qū)15，所 述P型耗盡區(qū)15與N型空穴勢(shì)壘層8相間構(gòu)成，且N型空穴勢(shì)壘層8和P型耗 盡區(qū)15均與P型體區(qū)9和N—漂移區(qū)16相連，如圖6所示。
本發(fā)明所提供的薄層SOI LIGBT功率器件可以是N溝道LIGBT器件，也可 以是P溝道LIGBT器件。
權(quán)利要求
1、一種薄層SOI LIGBT器件，包括襯底(1)，埋氧層(2)，N型緩沖層(3)，P+陽(yáng)極區(qū)(4)，陽(yáng)極金屬(5)，場(chǎng)氧區(qū)(6)，金屬前介質(zhì)(7)，N型空穴勢(shì)壘層(8)，P型體區(qū)(9)，多晶硅柵極(10)，陰極金屬(11)，陰極N+區(qū)(12)，陰極P+區(qū)(13)，P型區(qū)(14)，N-漂移區(qū)(16)和柵氧層(17)；所述襯底(1)的上面是埋氧層(2)，所述埋氧層(2)上面是厚度為1μm～2μm的SOI層；所述SOI層一側(cè)是N型緩沖層(3)，N型緩沖層(3)的上面是P+陽(yáng)極區(qū)(4)，P+陽(yáng)極區(qū)(4)的上面是陽(yáng)極金屬(5)；所述SOI層另一側(cè)是P型區(qū)(14)；P型區(qū)(14)和N型緩沖層(3)之間是N型空穴勢(shì)壘層(8)、P型體區(qū)(9)和N-漂移區(qū)(16)，其中N-漂移區(qū)(16)與N型緩沖層(3)相連，P型體區(qū)(9)與P型區(qū)(14)相連，N型空穴勢(shì)壘層(8)位于P型體區(qū)(9)和N-漂移區(qū)(16)之間；N-漂移區(qū)(16)的上面是場(chǎng)氧區(qū)(6)；N型空穴勢(shì)壘層(8)和部分P型體區(qū)(9)的上面是柵氧層(17)，柵氧層(17)和部分場(chǎng)氧區(qū)(6)的上面是多晶硅柵極(10)；部分P型區(qū)(14)的上面是陰極P+區(qū)(13)，另一部分P型區(qū)(14)和另一部分P型體區(qū)(9)的上面是陰極N+區(qū)(12)；陰極N+區(qū)(12)和陰極P+區(qū)(13)的上面是陰極金屬(11)；多晶硅柵極(10)和大部分場(chǎng)氧區(qū)(6)的上面且在陽(yáng)極金屬(5)和陰極金屬(11)之間的是金屬前介質(zhì)(7)。
2、 根據(jù)權(quán)利1所述的薄層SOILIGBT器件，其特征在于，所述N型空穴勢(shì)壘層(8)和 P型體區(qū)(9)的下面與埋氧層(2)之間還具有一層P型耗盡區(qū)(15)。
3、 根據(jù)權(quán)利1所述的薄層SOILIGBT器件，其特征在于，所述P型體區(qū)(9)和N—漂移 區(qū)(16)之間還具有一層P型耗盡區(qū)(15),所述P型耗盡區(qū)(15)與N型空穴勢(shì)壘層(8) 相間構(gòu)成，且N型空穴勢(shì)壘區(qū)(8)和P型耗盡區(qū)(15)均與P型體區(qū)(9)和N—漂移區(qū)(16) 相連。
全文摘要
一種薄層SOI LIGBT器件，屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域。器件SOI層厚度為1μm～2μm，在體區(qū)與漂移區(qū)之間做有空穴勢(shì)壘層，將空穴最大限度“擋”在漂移區(qū)內(nèi)，從而增加漂移區(qū)中靠陰極側(cè)的空穴濃度，降低器件導(dǎo)通損耗。在空穴勢(shì)壘層旁還可以增加P型耗盡區(qū)，輔助耗盡N型空穴勢(shì)壘層，以增強(qiáng)器件承受高壓時(shí)的漂移區(qū)耗盡，改善器件的擊穿特性。本發(fā)明具有寄生效應(yīng)小、速度快、功耗低、抗輻照能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且與標(biāo)準(zhǔn)工藝兼容。采用本發(fā)明可以制作性能優(yōu)良的高壓、高速、低導(dǎo)通損耗的LIGBT功率器件。
文檔編號(hào)H01L29/739GK101431097SQ200810147819
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者明 喬, 紅 廖, 波 張, 卓 王, 波 羅, 蔣苓利 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)