本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)涉及一種低關(guān)斷損耗的SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

高壓功率器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)與核心，其具有耐高壓、導(dǎo)通電流密度大的特點(diǎn)。提高功率器件的耐壓能力，降低功率器件關(guān)斷損耗是設(shè)計(jì)器件的關(guān)鍵。IGBT器件(絕緣柵雙極型晶體管器件)作為一類(lèi)重要的功率半導(dǎo)體器件，在電力電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是，IGBT器件由于P-body區(qū)與N-漂移區(qū)交界處空穴注入效率較低，載流子濃度分布很低，導(dǎo)致器件的飽和壓降升高，在關(guān)斷時(shí)，N-漂移區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存了大量的少數(shù)載流子，導(dǎo)致器件關(guān)斷電流拖尾現(xiàn)象嚴(yán)重，關(guān)斷損耗大。通常改善關(guān)斷損耗的方式有兩種，一種是降低載流子壽命，另一種是在陽(yáng)極附近增加Buffer場(chǎng)阻層。第一種方式對(duì)工藝要求非常高，而第二種雖然工藝上難度不大，但降低關(guān)斷損耗的效果不夠理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于解決問(wèn)題，提供一種低關(guān)斷損耗的SOI–LIGBT器件結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種低關(guān)斷損耗的SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，包括從下至上依次設(shè)置的P型襯底、埋氧層二氧化硅、N型漂移區(qū)、設(shè)置于N型漂移區(qū)內(nèi)部一端的P型阱區(qū)、設(shè)置于N型漂移區(qū)內(nèi)部另一端的N-buffer層、N型漂移區(qū)上方的氧化層；所述P型阱區(qū)內(nèi)部上方設(shè)有N型源端以及與N型源端相鄰的P型接觸區(qū)；所述N-buffer層內(nèi)部上方設(shè)有N型陽(yáng)極區(qū)；所述N型源端、P型接觸區(qū)以及N型陽(yáng)極區(qū)上方分別設(shè)有金屬層；所述N型源端和P型阱區(qū)間的溝道上方是柵氧層，柵氧層上方是多晶硅；其特征在于：在N型漂移區(qū)的內(nèi)部設(shè)有N型埋層、和/或P型埋層，所述P型埋層位于N型埋層下方，且所述N型埋層、P型埋層均沒(méi)有與P型阱區(qū)和N-buffer區(qū)直接連接。

作為優(yōu)選方式，在N型漂移區(qū)的內(nèi)部設(shè)有至少2個(gè)N型埋層、至少2個(gè)P型埋層，N型埋層和P型埋層交替設(shè)置。交替設(shè)置能降低導(dǎo)通電阻，并引入了多個(gè)載流子泄放通道因而能減少關(guān)斷損耗。

作為優(yōu)選方式，P型埋層與P型阱區(qū)的距離為d，d取值為0.4μm，距離d和P型埋層的長(zhǎng)度L_PB之和小于漂移區(qū)長(zhǎng)度L_d。d取值為0.4μm時(shí)，關(guān)斷損耗最低。

作為優(yōu)選方式，相鄰的N型埋層和P型埋層上下相接，每個(gè)N型埋層和P型埋層左端到P型阱區(qū)的距離相等，每個(gè)N型埋層和P型埋層右端到N-buffer層的距離相等。距離相等時(shí)PN結(jié)的界面均勻，加壓時(shí)使得電場(chǎng)分布更優(yōu)化，從而器件的耐壓性能更好。

作為優(yōu)選方式，N型埋層和P型埋層同時(shí)換成相反類(lèi)型材料。

作為優(yōu)選方式，只設(shè)有一個(gè)N型埋層和一個(gè)P型埋層。

作為優(yōu)選方式，P型埋層為分段的埋層。

本發(fā)明的有益效果為：與常規(guī)的SOI-LIGBT器件相比，由于N型埋層、P型埋層的引入，器件結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電阻得到降低；由于P型埋層的引入，在關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生大電容效應(yīng)，使得V_A上升的速率在P型埋層未被耗盡之前更緩慢，在P型層耗盡完全時(shí)V_A劇增；在耗盡區(qū)靠近P型埋層的邊界時(shí)，由于P型埋層的引入，給在漂移區(qū)儲(chǔ)存的空穴提供了一個(gè)良好的泄放通道，導(dǎo)致儲(chǔ)存的空穴載流子排除速度加快，拖尾時(shí)間降低；所以基于這兩個(gè)效應(yīng)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的關(guān)斷損耗得到大幅度的降低。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)的SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖2為實(shí)施例2的器件結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖3為實(shí)施例1的器件結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖4為實(shí)施例3的器件結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖5為實(shí)施例1和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)斷特性對(duì)比圖。

圖6為實(shí)施例1和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的E_off-V_on關(guān)系對(duì)比圖。

圖7為實(shí)施例4的器件結(jié)構(gòu)剖面圖。

其中，1為N型陽(yáng)極區(qū)，2為N-buffer層，3為N型漂移區(qū)，4為P型阱區(qū)，5為N型源端，6為P型接觸區(qū)，7為多晶硅，8為埋氧層二氧化硅，9為P型襯底，10為氧化層，11為N型埋層，21為P型埋層。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

實(shí)施例1

如圖3所示，一種低關(guān)斷損耗的SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，包括從下至上依次設(shè)置的P型襯底9、埋氧層二氧化硅8、N型漂移區(qū)3、設(shè)置于N型漂移區(qū)3內(nèi)部一端的P型阱區(qū)4、設(shè)置于N型漂移區(qū)3內(nèi)部另一端的N-buffer層2、N型漂移區(qū)3上方的氧化層10；所述P型阱區(qū)4內(nèi)部上方設(shè)有N型源端5以及與N型源端5相鄰的P型接觸區(qū)6；所述N-buffer層2內(nèi)部上方設(shè)有N型陽(yáng)極區(qū)1；所述N型源端5、P型接觸區(qū)6以及N型陽(yáng)極區(qū)1上方分別設(shè)有金屬層；所述N型源端5和P型阱區(qū)4間的溝道上方是柵氧層，柵氧層上方是多晶硅7；在N型漂移區(qū)3的內(nèi)部設(shè)有一個(gè)N型埋層11，N型埋層11下方設(shè)有一個(gè)P型埋層21，且所述N型埋層11、P型埋層21均沒(méi)有與P型阱區(qū)4和N-buffer區(qū)2直接連接。

P型埋層21與P型阱區(qū)4的距離為d，d取值為0.4μm，距離d和P型埋層21的長(zhǎng)度L_PB之和小于漂移區(qū)長(zhǎng)度L_d。d取值為0.4μm時(shí)，關(guān)斷損耗最低。

相鄰的N型埋層11和P型埋層21上下相接，每個(gè)N型埋層11和P型埋層21左端到P型阱區(qū)4的距離相等，每個(gè)N型埋層11和P型埋層21右端到N-buffer層2的距離相等。距離相等時(shí)PN結(jié)的界面均勻，加壓時(shí)使得電場(chǎng)分布更優(yōu)化，從而器件的耐壓性能更好。

N型埋層11和P型埋層21可同時(shí)換成相反類(lèi)型材料。

具體地，埋氧層二氧化硅8的厚度t_ox為3μm，硅層厚度也即N型漂移區(qū)3的厚度t_s為6微米，N型漂移區(qū)3的長(zhǎng)度L_d為30μm，摻雜濃度N_d為1e16cm^-3，柵氧厚度為20nm，P型阱區(qū)4的摻雜濃度N_pwell為2e17cm^-3，N-buffer層2的摻雜濃度為8e17cm^-3，P型埋層21距離硅層表面D_PB1.8μm，與P型阱區(qū)4間隔d為0.6μm，其長(zhǎng)度L_PB為29μm，厚度T_PB為2μm。

本實(shí)施例的工作原理為：由于N型埋層11的引入，器件結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電阻得到降低；由于P型埋層21的引入，在關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生大電容效應(yīng)，使得V_A上升的速率在P型埋層未被耗盡之前更緩慢，在P型層耗盡完全時(shí)V_A劇增至外加電壓V_DD；在耗盡區(qū)靠近P型埋層21的邊界時(shí)，由于P型埋層的引入，給在漂移區(qū)儲(chǔ)存的空穴提供了一個(gè)良好的泄放通道，導(dǎo)致儲(chǔ)存的空穴載流子排除速度非?？?，拖尾時(shí)間大大降低；采用感性負(fù)載L為2μH，通過(guò)實(shí)施例的仿真結(jié)果對(duì)比，在100A/cm²電流密度下，本發(fā)明的關(guān)斷時(shí)間為20ns,，關(guān)斷損耗降低了近80％。

實(shí)施例2

如圖2所示，本實(shí)施例和實(shí)施例1的區(qū)別在于：在N型漂移區(qū)3的內(nèi)部設(shè)有至少2個(gè)N型埋層11、至少2個(gè)P型埋層21，N型埋層11和P型埋層21交替設(shè)置。交替設(shè)置能降低導(dǎo)通電阻，并引入了多個(gè)載流子泄放通道因而能減少關(guān)斷損耗。

相鄰的N型埋層11和P型埋層21上下相接，每個(gè)N型埋層11和P型埋層21左端到P型阱區(qū)4的距離相等，每個(gè)N型埋層11和P型埋層21右端到N-buffer層2的距離相等。距離相等時(shí)PN結(jié)的界面均勻，加壓時(shí)使得電場(chǎng)分布更優(yōu)化，從而器件的耐壓性能更好。

實(shí)施例3

如圖4所示，本實(shí)施例和實(shí)施例1的區(qū)別在于：在N型漂移區(qū)3的內(nèi)部只有一個(gè)P型埋層21，沒(méi)有N型埋層11。也可以只有一個(gè)N型埋層11，沒(méi)有P型埋層21。

實(shí)施例4

如圖7所示，本實(shí)施例和實(shí)施例1的區(qū)別在于：在N型漂移區(qū)3的內(nèi)部只有一個(gè)N型埋層11，沒(méi)有P型埋層21。且P型埋層21為分段的埋層。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。