專利名稱：逆導(dǎo)型soi ligbt器件單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功率集成電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種集成續(xù)流二極管的逆導(dǎo)型SOI (絕緣層上半導(dǎo)體)LIGBT (橫向絕緣柵雙極晶體管)器件單元。
背景技術(shù)：
SOI LIGBT器件由于其較小的體積、重量，較高的工作溫度和較強的抗輻照能力， 較低的成本和較高的可靠性，作為無觸點功率電子開關(guān)或功率驅(qū)動器在智能電力電子、高 溫環(huán)境電力電子、空間電力電子和交通工具電力電子等技術(shù)中具有廣泛應(yīng)用。常規(guī)的SOI LIGBT(以SOI NLIGBT為例)在襯底與頂層半導(dǎo)體之間含有隱埋氧化層的SOI頂層半導(dǎo)體 中的漂移區(qū)上形成場氧化層；在靠近陰極區(qū)端采用雙離子注入多晶硅自對準摻雜技術(shù)形 成短溝道NM0SFET及多晶硅柵及場板，附加P+離子注入摻雜實現(xiàn)P-阱的歐姆接觸；由多晶 硅柵引出柵極金屬電極，N+P+區(qū)引出陰極金屬電極；在近陽極端通過磷離子注入摻雜形成 N型緩沖區(qū)，在該摻雜區(qū)進行淺P型雜質(zhì)注入形成陽極區(qū)，并利用層間介質(zhì)薄膜和金屬薄膜 引出陽極金屬電極-漏極與漏極場板。該SOI LIGBT器件沒有集成反向續(xù)流器件結(jié)構(gòu)，不 具備逆向?qū)üδ?，在帶感性負載且高頻使用過程中由于缺乏磁場能的電能泄放回路容易 引起感生高電壓，導(dǎo)致器件損壞失效。目前，商業(yè)化的SOI LIGBT器件在實際應(yīng)用中采用外 接續(xù)流二極管解決該問題，增加了系統(tǒng)體積、重量、成本并降低了系統(tǒng)速度、可靠性與使用 壽命ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有逆向?qū)üδ艿腟0ILIGBT 器件單元，從而顯著改善基于SOI LIGBT器件的電力變換系統(tǒng)的速度、可靠性與使用壽命并 降低系統(tǒng)體積、重量、成本。本發(fā)明包括半導(dǎo)體襯底、隱埋氧化層、緩沖區(qū)、漂移區(qū)、與漂移區(qū)異型的阱、與阱同 型重摻雜的阱接觸區(qū)、與漂移區(qū)同型重摻雜的源區(qū)、柵氧化層、與阱同型的主器件陽極區(qū)、 與阱同型重摻雜的主器件陽極接觸區(qū)、與漂移區(qū)同型的主器件陽極短路點區(qū)、場氧化層、主 器件多晶硅柵極與柵場板區(qū)、主器件邊墻隔離氧化層、邊緣溝槽隔離氧化層、內(nèi)部溝槽隔離 氧化層、續(xù)流二極管陰極接觸區(qū)；所述的緩沖區(qū)和漂移區(qū)為同型摻雜；水平設(shè)置的隱埋氧化層將半導(dǎo)體襯底和頂層器件層完全隔離；頂層器件層包括摻 雜濃度不同的兩個同型半導(dǎo)體區(qū)，摻雜濃度高的為緩沖區(qū)、摻雜濃度低的為漂移區(qū)；豎直設(shè) 置的內(nèi)部溝槽隔離氧化層將頂層器件層隔離成主器件部分和續(xù)流二極管部分，其中內(nèi)部溝 槽隔離氧化層將型緩沖區(qū)完全隔離，而將漂移區(qū)部分隔離；主器件部分的邊緣設(shè)置有邊緣 溝槽隔離氧化層，邊緣溝槽隔離氧化層與內(nèi)部溝槽隔離氧化層平行，邊緣溝槽隔離氧化層 和內(nèi)部溝槽隔離氧化層與隱埋氧化層相連；在頂層器件層漂移區(qū)的上表面遠離型緩沖區(qū)的一側(cè)向下?lián)诫s形成與漂移區(qū)異型 的阱，阱沿水平方向貫穿主器件部分和續(xù)流二極管部分；在阱內(nèi)沿上表面向下設(shè)置與阱同型的重摻雜的阱接觸區(qū)，阱接觸區(qū)沿水平方向貫穿主器件部分和續(xù)流二極管部分；在主器件部分的阱內(nèi)沿上表面向下設(shè)置與漂移區(qū)同型的重摻雜源區(qū)，在阱內(nèi)的源區(qū)的端面與邊緣 溝槽隔離氧化層和內(nèi)部溝槽隔離氧化層緊密接觸、側(cè)面與主器件部分的阱接觸區(qū)緊密接 觸；其中在主器件部分的阱接觸區(qū)和源區(qū)構(gòu)成主器件陰極區(qū)，在續(xù)流二極管部分的阱 作為續(xù)流二極管陽極區(qū)，阱接觸區(qū)作為續(xù)流二極管陽極接觸區(qū)；在主器件部分頂層器件層的型緩沖區(qū)的上表面遠離漂移區(qū)的一側(cè)向下?lián)诫s形成 與阱同型的主器件陽極區(qū)；在主器件陽極區(qū)內(nèi)沿上表面向下設(shè)置與阱同型重摻雜的主器件 陽極接觸區(qū)，在主器件陽極接觸區(qū)內(nèi)遠離漂移區(qū)的一側(cè)沿上表面向下設(shè)置有主器件陽極短 路點區(qū)，主器件陽極短路點區(qū)沿豎直方向貫穿主器件陽極區(qū)；主器件陽極短路點區(qū)的兩個 端面、主器件陽極區(qū)的兩個端面以及主器件陽極接觸區(qū)的兩個端面分別與邊緣溝槽隔離氧 化層和內(nèi)部溝槽隔離氧化層緊密接觸；在續(xù)流二極管部分頂層器件層的型緩沖區(qū)的上表面遠離漂移區(qū)的一側(cè)向下進行 同型重摻雜形成續(xù)流二極管陰極接觸區(qū)，其中續(xù)流二極管部分的型緩沖區(qū)作為續(xù)流二極管 陰極區(qū)；在漂移區(qū)的上表面設(shè)置有柵氧化層，柵氧化層將源區(qū)與漂移區(qū)之間的阱的上表面
完全覆蓋；場氧化層設(shè)置在頂層器件層上表面，場氧化層在主器件部分將柵氧化層以外的頂 層器件層覆蓋，在續(xù)流二極管部分將頂層器件層全部覆蓋；在主器件陰極區(qū)、主器件陽極接 觸區(qū)、續(xù)流二極管陽極接觸區(qū)和續(xù)流二極管陰極接觸區(qū)上開有接觸孔；在柵氧化層上表面設(shè)置有多晶硅柵極與柵場板區(qū)，多晶硅柵極與柵場板區(qū)將柵氧 化層的全部上表面以及與柵氧化層相鄰的場氧化層的部分上表面覆蓋；在主器件部分，裸露的柵氧化層的側(cè)表面和多晶磚柵極與柵場板區(qū)的表面上設(shè)置 有邊墻隔離氧化層；位于邊緣溝槽隔離氧化層上方的邊墻隔離氧化層上開有接觸孔；在所 有接觸孔上設(shè)置金屬薄膜電極。本發(fā)明由于將續(xù)流二極管集成在SOI LIGBT器件單元結(jié)構(gòu)之中，使其無需外接任 何器件就具有逆向?qū)芰?，能夠顯著改善SOI LIGBT器件速度、可靠性與使用壽命，減小 采用該種器件的各種電力電子系統(tǒng)的體積、重量和成本，并且有助于提高應(yīng)用系統(tǒng)的工作 頻率、效率、使用壽命和可靠性。因此，本發(fā)明有利于節(jié)省資源、降低能耗、保護環(huán)境與可持 續(xù)發(fā)展。


圖1為本發(fā)明實施例的單元版圖結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A向截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1的B-B向截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式圖1、圖2和圖3 (兩點劃線之間的部分)為一個逆導(dǎo)型SOI LIGBT器件單元的結(jié) 構(gòu)示意圖，其中圖2為(A-A向)SOI LIGBT截面示意圖，圖3為(B-B向)續(xù)流二極管截面示意圖。以下以N溝道為例詳細說明該逆導(dǎo)型SOILIGBT器件單元的結(jié)構(gòu)。該逆導(dǎo)型SOI LIGBT器件單元包括半導(dǎo)體襯底1、隱埋氧化層2、N型緩沖區(qū)3、N_漂 移區(qū)4、P阱8、P阱接觸區(qū)6、源區(qū)7、柵氧化層9、主器件陽極區(qū)14、主器件陽極接觸區(qū)13、 主器件陽極短路點區(qū)15、場氧化層12、多晶硅柵極與柵場板區(qū)11、邊墻隔離氧化層10、邊緣 溝槽隔離氧化層16、內(nèi)部溝槽隔離氧化層17、續(xù)流二極管陰極接觸區(qū)18。
水平設(shè)置的隱埋氧化層2將半導(dǎo)體襯底1和頂層器件層完全隔離。頂層器件層包 括摻雜濃度不同的兩個N型半導(dǎo)體區(qū)，摻雜濃度高的為N型緩沖區(qū)3、摻雜濃度低的為N—漂 移區(qū)4。豎直設(shè)置的內(nèi)部溝槽隔離氧化層17將頂層器件層隔離成主器件部分和續(xù)流二極管 部分，其中內(nèi)部溝槽隔離氧化層17將N型緩沖區(qū)3完全隔離，而將N—漂移區(qū)4部分隔離。 主器件部分的邊緣設(shè)置有邊緣溝槽隔離氧化層16，邊緣溝槽隔離氧化層16與內(nèi)部溝槽隔 離氧化層17平行，邊緣溝槽隔離氧化層16和內(nèi)部溝槽隔離氧化層17與隱埋氧化層2相連。
在頂層器件層N—漂移區(qū)4的上表面遠離N型緩沖區(qū)3的一側(cè)向下?lián)诫s形成P阱8， P阱8沿水平方向貫穿主器件部分和續(xù)流二極管部分；在P阱8內(nèi)沿上表面向下設(shè)置P阱 接觸區(qū)6，P阱接觸區(qū)6沿水平方向貫穿主器件部分和續(xù)流二極管部分；在主器件部分的P 阱8內(nèi)沿上表面向下設(shè)置源區(qū)7，在P阱8內(nèi)的源區(qū)7的端面與邊緣溝槽隔離氧化層16和 內(nèi)部溝槽隔離氧化層17緊密接觸、側(cè)面與主器件部分的P阱接觸區(qū)6緊密接觸。其中在主器件部分的P阱接觸區(qū)6和源區(qū)7構(gòu)成主器件陰極區(qū)，在續(xù)流二極管部 分的P阱接觸區(qū)6作為續(xù)流二極管陽極區(qū)，P阱接觸區(qū)6作為續(xù)流二極管陽極接觸區(qū)。在主器件部分頂層器件層的N型緩沖區(qū)3的上表面遠離N"漂移區(qū)4的一側(cè)向下 摻雜形成主器件陽極區(qū)14 ；在主器件陽極區(qū)14內(nèi)沿上表面向下設(shè)置主器件陽極接觸區(qū)13， 在主器件陽極接觸區(qū)13內(nèi)遠離N_漂移區(qū)4的一側(cè)沿上表面向下設(shè)置有主器件陽極短路點 區(qū)15，主器件陽極短路點區(qū)15沿豎直方向貫穿主器件陽極區(qū)14 ；主器件陽極短路點區(qū)15 的兩個端面、主器件陽極區(qū)14的兩個端面以及主器件陽極接觸區(qū)13的兩個端面分別與邊 緣溝槽隔離氧化層16和內(nèi)部溝槽隔離氧化層17緊密接觸。在續(xù)流二極管部分頂層器件層的N型緩沖區(qū)3的上表面遠離N"漂移區(qū)4的一側(cè) 向下?lián)诫s形成續(xù)流二極管陰極接觸區(qū)18，其中續(xù)流二極管部分的N型緩沖區(qū)3作為續(xù)流二 極管陰極區(qū)。在N—漂移區(qū)4的上表面設(shè)置有柵氧化層9，柵氧化層9將源區(qū)7與N—漂移區(qū)4之 間的P阱8的上表面完全覆蓋。場氧化層12設(shè)置在頂層器件層上表面，場氧化層12在主器件部分將柵氧化層9 以外的頂層器件層覆蓋，在續(xù)流二極管部分將頂層器件層全部覆蓋；在主器件陰極區(qū)、主器 件陽極接觸區(qū)13、續(xù)流二極管陽極接觸區(qū)和續(xù)流二極管陰極接觸區(qū)18上開有接觸孔。在柵氧化層9上表面設(shè)置有多晶硅柵極與柵場板區(qū)11，多晶硅柵極與柵場板區(qū)11 將柵氧化層9的全部上表面以及與柵氧化層9相鄰的場氧化層12的部分上表面覆蓋。在主器件部分，裸露的柵氧化層9的側(cè)表面和多晶硅柵極與柵場板區(qū)11的表面上 設(shè)置有邊墻隔離氧化層10 ；位于邊緣溝槽隔離氧化層16上方的邊墻隔離氧化層10上開有 接觸孔；在所有接觸孔上設(shè)置金屬薄膜電極5。將本實施例中的η和ρ對換即為ρ溝道逆導(dǎo)型SOI LIGBT器件單元結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
逆導(dǎo)型SOI LIGBT器件單元，其特征在于該器件單元包括半導(dǎo)體襯底(1)、隱埋氧化層(2)、緩沖區(qū)(3)、漂移區(qū)(4)、與漂移區(qū)(4)異型的阱(8)、與阱(8)同型重摻雜的阱接觸區(qū)(6)、與漂移區(qū)(4)同型重摻雜的源區(qū)(7)、柵氧化層(9)、與阱(8)同型的主器件陽極區(qū)(14)、與阱同型重摻雜的主器件陽極接觸區(qū)(13)、與漂移區(qū)(4)同型的主器件陽極短路點區(qū)(15)、場氧化層(12)、主器件多晶硅柵極與柵場板區(qū)(11)、主器件邊墻隔離氧化層(10)、邊緣溝槽隔離氧化層(16)、內(nèi)部溝槽隔離氧化層(17)、續(xù)流二極管陰極接觸區(qū)(18)；所述的緩沖區(qū)(3)和漂移區(qū)(4)為同型摻雜；水平設(shè)置的隱埋氧化層(2)將半導(dǎo)體襯底(1)和頂層器件層完全隔離；頂層器件層包括摻雜濃度不同的兩個同型半導(dǎo)體區(qū)，摻雜濃度高的為緩沖區(qū)(3)、摻雜濃度低的為漂移區(qū)(4)；豎直設(shè)置的內(nèi)部溝槽隔離氧化層(17)將頂層器件層隔離成主器件部分和續(xù)流二極管部分，其中內(nèi)部溝槽隔離氧化層(17)將型緩沖區(qū)(3)完全隔離，而將漂移區(qū)(4)部分隔離；主器件部分的邊緣設(shè)置有邊緣溝槽隔離氧化層(16)，邊緣溝槽隔離氧化層(16)與內(nèi)部溝槽隔離氧化層(17)平行，邊緣溝槽隔離氧化層(16)和內(nèi)部溝槽隔離氧化層(17)與隱埋氧化層(2)相連；在頂層器件層漂移區(qū)(4)的上表面遠離型緩沖區(qū)(3)的一側(cè)向下?lián)诫s形成與漂移區(qū)(4)異型的阱(8)，阱(8)沿水平方向貫穿主器件部分和續(xù)流二極管部分；在阱(8)內(nèi)沿上表面向下設(shè)置與阱同型的重摻雜的阱接觸區(qū)(6)，阱接觸區(qū)(6)沿水平方向貫穿主器件部分和續(xù)流二極管部分；在主器件部分的阱(8)內(nèi)沿上表面向下設(shè)置與漂移區(qū)(4)同型的重摻雜源區(qū)(7)，在阱(8)內(nèi)的源區(qū)(7)的端面與邊緣溝槽隔離氧化層(16)和內(nèi)部溝槽隔離氧化層(17)緊密接觸、側(cè)面與主器件部分的阱接觸區(qū)(6)緊密接觸；其中在主器件部分的阱接觸區(qū)(6)和源區(qū)(7)構(gòu)成主器件陰極區(qū)，在續(xù)流二極管部分的阱(8)作為續(xù)流二極管陽極區(qū)，阱接觸區(qū)(6)作為續(xù)流二極管陽極接觸區(qū)；在主器件部分頂層器件層的型緩沖區(qū)(3)的上表面遠離漂移區(qū)(4)的一側(cè)向下?lián)诫s形成與阱同型的主器件陽極區(qū)(14)；在主器件陽極區(qū)(14)內(nèi)沿上表面向下設(shè)置與阱同型重摻雜的主器件陽極接觸區(qū)(13)，在主器件陽極接觸區(qū)(13)內(nèi)遠離漂移區(qū)(4)的一側(cè)沿上表面向下設(shè)置有主器件陽極短路點區(qū)(15)，主器件陽極短路點區(qū)(15)沿豎直方向貫穿主器件陽極區(qū)(14)；主器件陽極短路點區(qū)(15)的兩個端面、主器件陽極區(qū)(14)的兩個端面以及主器件陽極接觸區(qū)(13)的兩個端面分別與邊緣溝槽隔離氧化層(16)和內(nèi)部溝槽隔離氧化層(17)緊密接觸；在續(xù)流二極管部分頂層器件層的型緩沖區(qū)(3)的上表面遠離漂移區(qū)(4)的一側(cè)向下進行同型重摻雜形成續(xù)流二極管陰極接觸區(qū)(18)，其中續(xù)流二極管部分的型緩沖區(qū)(3)作為續(xù)流二極管陰極區(qū)；在漂移區(qū)(4)的上表面設(shè)置有柵氧化層(9)，柵氧化層(9)將源區(qū)(7)與漂移區(qū)(4)之間的阱(8)的上表面完全覆蓋；場氧化層(12)設(shè)置在頂層器件層上表面，場氧化層(12)在主器件部分將柵氧化層(9)以外的頂層器件層覆蓋，在續(xù)流二極管部分將頂層器件層全部覆蓋；在主器件陰極區(qū)、主器件陽極接觸區(qū)(13)、續(xù)流二極管陽極接觸區(qū)和續(xù)流二極管陰極接觸區(qū)(18)上開有接觸孔；在柵氧化層(9)上表面設(shè)置有多晶硅柵極與柵場板區(qū)(11)，多晶硅柵極與柵場板區(qū)(11)將柵氧化層(9)的全部上表面以及與柵氧化層(9)相鄰的場氧化層(12)的部分上表面覆蓋；在主器件部分，裸露的柵氧化層(9)的側(cè)表面和多晶硅柵極與柵場板區(qū)(11)的表面上設(shè)置有邊墻隔離氧化層(10)；位于邊緣溝槽隔離氧化層(16)上方的邊墻隔離氧化層(10)上開有接觸孔；在所有接觸孔上設(shè)置金屬薄膜電極(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種逆導(dǎo)型SOI LIGBT器件單元。常規(guī)的SOI LIGBT由于沒有集成反向續(xù)流器件，不具備逆向?qū)üδ?。本發(fā)明包括半導(dǎo)體襯底、隱埋氧化層、緩沖區(qū)、漂移區(qū)、阱區(qū)、阱接觸區(qū)、源區(qū)、柵氧化層；其中隱埋氧化層將半導(dǎo)體襯底和頂層器件層完全隔離，頂層器件層分為緩沖區(qū)和漂移區(qū)，內(nèi)部溝槽隔離氧化層將頂層器件層隔離成主器件部分和續(xù)流二極管部分；主器件部分上設(shè)置有主器件陽極接觸區(qū)、主器件陽極短路點區(qū)，續(xù)流二極管部分設(shè)置有續(xù)流二極管陰極接觸區(qū)。本發(fā)明由于將反向續(xù)流二極管集成在SOI LIGBT器件單元結(jié)構(gòu)之中，無需外接任何器件就具有逆向?qū)芰?，有利于?jié)省資源、降低能耗。
文檔編號H01L27/12GK101872771SQ20101019747
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者張亮, 張帆, 張海鵬, 林彌, 牛小燕, 蘇步春 申請人:杭州電子科技大學(xué)