[发明专利]具有二极管钳位载流子存储层的SOI LIGBT器件

说明书

本发明公开了一种具有二极管钳位载流子存储层的SOI LIGBT器件，通过将P型半导体基区分割成多个区域，并且在不同区域引入两个或三个串联二极管，使得器件在反向耐压时，P型电场屏蔽区电位升高至两个或三个二极管的导通压降后，二极管导通，P型电场屏蔽区的电位被钳位在两个或三个二极管导通压降附近，所以N型载流子存储区的电位被P型电场屏蔽区很好地屏蔽在很低的值，器件的耐压将主要由P型电场屏蔽区和表面耐压区构成的反偏二极管承受，从而彻底打破了击穿电压和N型载流子层浓度之间的矛盾关系。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及一种具有二极管钳位载流子存储层的SOI LIGBT器件的设计。

背景技术

电力电子系统的小型化、集成化是功率半导体器件的一个重要研究方向。智能功率集成电路(Smart Power Integrated Circuit，SPIC)或高压集成电路(High VoltageIntegrated Circuit，HVIC)将保护、控制、检测、驱动等低压电路和高压功率器件集成在同一个芯片上，这样不仅缩小了系统体积，还提高了系统可靠性。同时，在较高频率的工作场合，由于系统引线电感的减少，对于缓冲和保护电路而言，能够显著降低其要求。

横向绝缘栅双极晶体管(Lateral Insulated-Gate Bipolar Transistor，LIGBT)是SPIC或HVIC的重要功率器件之一，基于SOI技术的LIGBT更是由于其优良的隔离特性而被广泛使用。作为双极型功率器件，LIGBT同时具有MOSFET高输入阻抗和BJT电流密度大的特点。然而，漂移区中大量的非平衡载流子的存在增强了漂移区电导调制效应的同时也增加了器件的关断损耗。所以，优化器件的关断损耗(Turn-off loss：E_off)和导通压降(On-state voltage drop：V_on)之间的折中关系，是设计LIGBT的关键之一。

为了获得更优的关断损耗和导通压降之间的折中关系，H.Takahashi等人在1996年在文章《Carrier Stored Trench-Gate Bipolar transistor(CSTBT)–A Novel PowerDevice for High Voltage Application》中首次提出了载流子存储层技术，并且将其应用到纵向IGBT结构中。如图1所示为一种具有载流子存储层的LIGBT结构，在阴极一侧引入N型载流子存储层，使得漂移区中靠近阴极一侧积累更多的非平衡载流子，进一步增强漂移区电导调制效应。同时，由于阴极电子注入效率提高，阳极的注入效率可以降低，从而LIGBT关断时，阳极持续注入的空穴将减小，关断速度将提高。所以，载流子存储层的引入，使得LIGBT器件具有了更优的E_off和V_on折中关系。

然而，现有技术的具有载流子存储层LIGBT器件中，随着载流子存储层浓度(Carrier-Stored Layer Concentration：N_cs)的升高，器件的击穿电压(BreakdownVoltage：BV)会随之减小。所以，如何解决击穿电压和载流子存储层浓度之间的矛盾关系，是设计具有载流子存储层LIGBT的关键之一。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的具有载流子存储层LIGBT器件的击穿电压和载流子存储层浓度之间的矛盾关系，提出了一种具有二极管钳位载流子存储层的SOI LIGBT器件，既能打破击穿电压和载流子层浓度的矛盾关系，又能实现快速关断，并且在提高短路安全工作区的同时还能够兼容现有载流子存储层技术。