[发明专利]一种高热载流子可靠性横向绝缘栅双极型器件

说明书

技术领域

本发明主要涉及高压功率半导体器件的可靠性领域，具体的说，是一种有效降低热载流子损伤，改善热载流子注入特性，提高器件可靠性的一种高热载流子可靠性的横向绝缘栅双极型器件。适用于航天电子设备、卫星通信设备、等离子体显示设备、电子计算机、通讯系统、汽车工业等厚膜驱动器集成电路。

背景技术

集成电路的可靠性自从集成电路诞生之日起就是人们关注的焦点问题，其中热载流子注入(Hot Carrier Injection，HCI)效应就是一个非常重要的可靠性问题，也是造成诸多电子产品失效的主要原因之一。随着节能需求的日益增强，高压功率集成电路产品的可靠性受到越来越多的关注，由于功率集成电路通常工作在高温、高压、大电流的条件下，因而它面临的可靠性风险要比常规集成电路严峻的多。随着微电子工艺线宽的减小，功率器件的热载流子效应造成的电路失效已成为制约功率集成电路进一步发展的瓶颈，因而与功率器件的HCI特性有关的研究也成为研究人员关注的重中之重。

横向绝缘栅双极型器件(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，LIGBT)结合MOS (Metal Oxide Semiconductor)的高输入阻抗以及双极型器件电导调制的优点，解决了横向双扩散金属氧化物半导体器件(Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor，LDMOS)的击穿电压与导通电阻的矛盾，并且与标准CMOS工艺兼容良好，加上厚膜绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)工艺隔离效果好、抗辐射能力强和寄生参数小等优点，因此厚膜SOI-LIGBT器件受到了功率集成电路的青睐，在高压功率集成电路中得到了广泛的应用，成为未来智能功率集成电路的核心元件之一。

鉴于厚膜SOI-LIGBT器件在开态工作阶段体内存在空穴和电子两股电流，相对于LDMOS有更加复杂的载流子和电场分布，所以热载流子退化问题严峻。研究发现，厚膜SOI-LIGBT器件的最坏HCI应力为高栅极电压应力，最坏应力下的HCI退化主要由器件沟道区的界面态产生和热电子注入主导，即此时的热载流子损伤主要来自开态工作阶段器件高栅极电压条件下沟道区的损伤，所以降低器件沟道区横向电场可以有效降低碰撞电离并减小器件的热载流子退化，提高器件可靠性。为此，我们提出了一种带有额外P型区的器件结构来屏蔽沟道电场，通过降低沟道区的横向电场减小器件的热载流子退化，在不改变版图面积不增加工艺步骤且不影响器件性能的前提下显著提高了器件HCI可靠性。

发明内容

本发明提供一种高热载流子可靠性横向绝缘栅双极型器件。

本发明采用如下技术方案：

一种高热载流子可靠性横向绝缘栅双极型器件，包括：P型衬底，在P型衬底上设有埋氧，在埋氧上设有N型外延层，在N型外延层的内部设有N型缓冲区和P型体区，在N型缓冲区内设有P型阳区，在P型体区中设有N型阴区和P型体接触区，在N型外延层的表面设有栅氧化层和场氧化层且栅氧化层的一端和场氧化层的一端相抵，所述栅氧化层的另一端向N型阴区延伸并止于N型阴区的边界，所述场氧化层的另一端向P型阳区延伸并止于P型阳区的边界，在所述栅氧化层的表面设有多晶硅栅且多晶硅栅延伸至场氧化层的上表面，在场氧化层、P型体接触区、N型阴区、多晶硅栅、P型阳区的表面设有钝化层，在P型阳区表面连接有第一金属电极，在多晶硅栅的表面连接有第二金属电极，在N型阴区表面连接有第三金属电极，在P型体接触区表面连接有第四金属电极，在栅氧化层与场氧化层相接的鸟嘴处下方还设有一个额外的P型区。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)、本发明器件在鸟嘴处下方增设了额外P型区12，在器件阳极加高压的状态下，该额外P型区12将会耗尽并在该区域提供负的空间电荷，实现类似P型体区的耐压作用，减轻P型体区18的耐压负担，将一部分电场屏蔽在沟道区以外。如图3、4所示本发明器件沟道区的横向电场明显减小而表面电流密度没有明显的变化，器件横向电场降低自然使得器件沟道区碰撞电离率减小，从而降低了器件开态工作阶段的HCI损伤。图5、6为本发明器件与传统器件HCI退化比较图，可见本发明器件与传统器件的HCI退化趋势完全相同，这说明本发明器件的退化机理与传统器件相同，但其退化量明显小于传统器件。