具有L型SiO.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910213984.4 (22)申请日 2019.03.20 (71)申请人 重庆邮电大学 地址 400065 重庆市南岸区黄桷垭崇文路2 号 (72)发明人 陈伟中黄垚李顺黄义 贺利军 (74)专利代理机构 北京同恒源知识产权代理有 限公司 11275 代理人 赵荣之 (51)Int.Cl. H01L 29/06(2006.01) H01L 29/739(2006.01) H01L 27/06(2006.01) (54)发明名称 一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-L。

2、IGBT 器件 (57)摘要 本发明涉及一种具有L型SiO2隔离层的复合 型RC-LIGBT器件， 以L型SiO2隔离层为界， 分为 LDMOS区和LIGBT区， 工作过程中具有以下优点： (1)降低了器件电场尖峰， 避免了在器件表面提 前击穿， 从而提高了击穿电压； (2)在正向导通时 三种模式的转换过程中器件处于平稳过度状态， 无电流突变情况； (3)在反向导通时， LDMOS区独 立工作， N-Collector提供电子， 发射极反向偏压 下P-body直接注入空穴到漂移区， 赋予器件逆向 双极模式的导通能力。 经过相同参数条件下经仿 真验证， 本发明复合型RC-LIGBT器件的击穿电压。

3、 提高到206.05V； 无Snapback现象、 同时还具有反 向导通能力。 权利要求书1页 说明书11页 附图15页 CN 109920840 A 2019.06.21 CN 109920840 A 1.一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件， 其特征在于， 所述复合型RC-LIGBT 器件包括L型SiO2隔离层(16)、 LDMOS区(S1)、 LIGBT区(S2)、 集电极(7)以及共用的有源区。 2.根据权利要求1所述一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件， 其特征在于， 所 述复合型RC-LIGBT器件被所述L型SiO2隔离层(16)分割形成左上区域。

4、的LDMOS区(S1)以及 右下区域的LIGBT区(S2)。 3.根据权利要求1所述一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件， 其特征在于， 所 述共用的有源区包括源极(4)、 栅极(2)、 栅氧化层(3)、 介质隔离层(10)和衬底(11)， 所述栅 氧化层(3)位于所述源极(4)与所述L型SiO2隔离层(16)的水平末端之间， 所述栅氧化层(3) 完全包围所述栅极(2)。 4.根据权利要求1所述一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件， 其特征在于， 所 述LDMOS区(S1)包括从左至右设置的P-body的重掺杂P+区(13)、 轻掺杂P区(5)、 矩形N-漂。

5、移 区(6)、 弧形N-buffer区(9)以及N-Collector区(12)； 其中P-body的重掺杂P+区(13)与源极 (4)相连。 5.根据权利要求4所述一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件， 其特征在于， 所 述LDMOS区(S1)还包含N+电子发射极(1)， 所述N+电子发射极(1)左面与源极(4)接触， 上面 与P-body的重掺杂P+区(13)接触， 右面与轻掺杂P区(5)接触， 下面与栅氧化层(3)接触。 6.根据权利要求1所述一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件， 其特征在于， 所 述LIGBT区(S2)的水平方向从左至右依次设置有P。

6、-body的重掺杂P+区(13)、 轻掺杂P区(5)、 L型N-漂移区(15)， 其中P-body的重掺杂P+区(13)与源极(4)相连。 7.据权利要求6所述一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件， 其特征在于， 所述 LIGBT区(S2)还包括N+电子发射极(1)， 所述N+电子发射极(1)左面与源极(4)接触， 上面与 栅氧化层(3)接触， 右面与轻掺杂P区(5)接触， 下面与P-body的重掺杂P+区(13)接触。 8.根据权利要求6所述一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件， 其特征在于， 所 述LIGBT区(S2)的还包括设置在所述L型N-漂移区(1。

7、5)竖直端上方的N-buffer区(14)以及 位于N-buffer区(14)上方的P-Collector区(8)。 9.据权利要求1所述一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件， 其特征在于， 所述 集电极(7)下部从左到右依次与N-Collector区(12)、 L型SiO2隔离层(16)竖直端以及P- Collector区(8)接触。 权利要求书 1/1 页 2 CN 109920840 A 2 一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件 技术领域 0001 本发明属于半导体功率器件领域， 具体涉及一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC- LIGBT器件。 背景。

8、技术 0002 基于SOI材料的LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor)具有绝缘 性能好、 寄生电容小、 较低的泄漏电流及集成度高等优点， 并且其制作工艺与SOI-CMOS工艺 相兼容,容易实现。 因此它将成为智能功率集成电路的核心部件之一被广泛应用于家电产 品、 环保型汽车及工业生产等领域,是未来市场极具潜力的半导体功率器件。 但LIGBT结构， 在反向导通时等效于两个背靠背的二极管， 在集电极的P-Collector和N-buffer组成的PN 结始终处于反向偏置状态， 因此LIGBT不具备反向导电能力。 为了规避此项劣势， 通常在 。

9、LIGBT典型逆变电路应用中反并联一个续流二极管FWD(Free Wheeling Diode)以作保护作 用。 随着技术的进步， 人们在后来的传统RC-LIGBT器件(Reverse-Conducting Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor,逆导型横向绝缘栅双极型晶体管)中， 将续流二极 管集成到RC-LIGBT中， 其采用的技术方法是： 用N-Collector取代集电极部分的P- Collector， 从而在反向导通时能够实现N-Collector向漂移区注入电子， 使其具备逆向导 通能力， 排列在集电极处其结构如图3所示。 这一技术提高了。

10、芯片的集成度， 极大的减小了 芯片面积， 减小了寄生电容， 提高器件的稳定性。 消除了由于温度差导致LIGBT芯片与二极 管芯片之间的工作失配， 提高了器件的可靠性。 但是传统RC-LIGBT器件也有一些先天的劣 势： 首先因为N-Collector的引入， 由于重掺杂的P-Collector对于从发射极N+流出的电子 而言是一个高势垒， 阻挡了电子流向金属集电极。 所以电子会首先通过N-buffer流到集电 极的N-Collector部分， 由于在电子流过时， N-buffer和P-Collector之间会产生一个电势 差VPN。 这个电势差成为导电模式的转换关键， 在VPN低于0.8V时只。

11、有来自N+注入的电子参与 导电， RC-LIGBT处于单极型导电模式下。 而随着在N-buffer中流过的电子电流的增加， 当VPN 会超过0.8V， 此时N-buffer和P-Collector之间的PN结会开启， P-Collector向漂移区注入 空穴， 此时实现导电模式的转换， 这一过程便会导致Snapback现象， 在输出曲线上发生电流 电压的突变， 对器件的动态特性影响很大。 这种现象也会使得RC-LIGBT在低温下并联使用 时对电路系统中的其它器件的完全开启形成阻碍。 发明内容 0003 有鉴于此， 本发明的目的在于提供一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器 件。 。

12、0004 为实现上述发明目的， 本发明提供如下技术方案： 0005 一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件， 所述复合型RC-LIGBT器件包括L 型SiO2隔离层、 LDMOS区、 LIGBT区、 集电极以及共用的有源区。 0006 优选的， 所述复合型RC-LIGBT器件被所述L型SiO2隔离层分割形成左上区域的 说明书 1/11 页 3 CN 109920840 A 3 LDMOS区以及右下区域的LIGBT区。 0007 优选的， 所述共用的有源区包括源极、 栅极、 栅氧化层、 介质隔离层和衬底， 所述栅 氧化层位于所述源极与所述L型SiO2隔离层的水平末端之间， 所述栅。

13、氧化层完全包围所述 栅极。 0008 优选的， 所述LDMOS区包括从左至右设置的P-body的重掺杂P+区、 轻掺杂P区、 矩形 N-漂移区、 弧形N-buffer区以及N-Collector区； 其中P-body的重掺杂P+区与源极相连。 0009 优选的， 所述LDMOS区还包含N+电子发射极， 所述N+电子发射极左面与源极接触， 上面与P-body的重掺杂P+区接触， 右面与轻掺杂P区接触， 下面与栅氧化层接触。 0010 优选的， 所述LIGBT区的水平方向从左至右依次设置有P-body的重掺杂P+区、 轻掺 杂P区、 L型N-漂移区， 其中P-body的重掺杂P+区与源极相连。 0。

14、011 优选的， 所述LIGBT区还包括N+电子发射极， 所述N+电子发射极左面与源极接触， 上面与栅氧化层接触， 右面与轻掺杂P区接触， 下面与P-body的重掺杂P+区接触。 0012 优选的， 所述LIGBT区的还包括设置在所述L型N-漂移区竖直端上方的N-buffer区 (14)以及位于N-buffer区上方的P-Collector区。 0013 优选的， 所述集电极下部从左到右依次与N-Collector区、 L型SiO2隔离层竖直端 以及P-Collector区接触。 0014 本发明的有益效果在于： 本发明公开了一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC- LIGBT器件， 器件被L。

15、型SiO2隔离层分割形成LDMOS区与LIGBT区， 具有以下优点： 0015 (1)在击穿耐压时， 由于引入了L型SiO2隔离层， 将晶体管器件的表面电场引向器 件体内， 从而极大地增强了器件的体内电场， 使得器件体内的电场分布更加均匀且强度更 大； 同时能够降低器件局部的电场尖峰， 避免了如同传统RC-LIGBT器件那样在漂移区耗尽 之前尚未达到雪崩击穿时就提前击穿器件表面， 从而提高了复合型RC-LIGBT器件的击穿电 压。 0016 (2)在正向导通时， 复合型RC-LIGBT器件的导通过程分为三步： 0017 第一步： LDMOS区单极性导通模式， 电子从LDMOS区的N+发射极注入。

16、LDMOS的L型N- 漂移区， 流经N-buffer区后由N-collector区流出， 此时LIGBT区中N+电子发射极注入的电 子被P-Collector区重掺杂形成的空穴势垒阻挡， LIGBT区的P-Collector区与N-buffer区 形成的PN结处于截止状态， 无电流； 0018 第二步： 随着LDMOS区和LIGBT区集电极的电压增大， LIGBT区的P-Collector区开 始向LIGBT区的矩形N-漂移区注入空穴， 形成了LIGBT+LDMOS混合导电模式； 0019 第三步： 由于LIGBT区采用的是双极性导电模式， 电流随电压呈指数增长， 随着集 电极电压继续增加， 。

17、因此复合型RC-LIGBT器件导电以LIGBT区的双极性导电模式为主； 0020 故正向导通的整个导电过程由LDMOS区为主过渡到LDMOS+LIGBT混合导电模式， 继 续形成以LIGBT区的双极性导电模式为主， 转换过程中器件处于平稳过度状态， 无电流突变 情况， 所以本发明的复合型RC-LIGBT器件的正向导通过程无Snapback现象。 0021 (3)在反向导通时， LDMOS区可等效为P-body轻掺杂区P区与矩形N-漂移区组成的 PN结， PN结正偏， N-collector区相对电子而言属于低势垒， 允许电子电流流过； 而LIGBT区 可等效为轻掺杂区、 L型N-漂移区以及P-。

18、collector组成的背靠背二极管， 即PNP结构， 其中 轻掺杂区与N-漂移区形成的PN结正偏， 而L型N-漂移区与P-collector区组成的PN结反偏， 说明书 2/11 页 4 CN 109920840 A 4 不允许电子电流流过； 由此可见本发明的复合型RC-LIGBT器件在其反向工作上具有良好的 独立性。 附图说明 0022 为了使本发明的目的、 技术方案和有益效果更加清楚， 本发明提供如下附图进行 说明： 0023 图1为传统LDMOS器件的结构示意图； 0024 图2为传统LIGBT器件的结构示意图； 0025 图3为传统RC-LIGBT器件的结构示意图； 0026 图4为。

19、本发明公开的一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件即新型RC- LIGBT器件的结构示意图； 0027 图5为击穿时传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和本发明的新型RC-LIGBT器件 在漂移区浓度分别为11014和21014下的雪崩击穿状态下的击穿电压横向比较图； 0028 图6分别为传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和本发明的新型RC-LIGBT器件在 漂移区浓度为11014时的雪崩击穿状态下的电势分布横向比较图； 0029 图7为击穿时传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和本发明的新型RC-LIGBT器件 在。

20、漂移区浓度分别为11014时三维电场强度横向比较图； 0030 图8为击穿时传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和本发明的新型RC-LIGBT器件 在漂移区浓度分别为11014时， 在坐标Y0处一维电场强度横向比较图； 0031 图9为击穿时传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和本发明的新型RC-LIGBT器件 在漂移区浓度分别为11014时， 在坐标Y0.5处一维电场强度横向比较图； 0032 图10为正向导通情况下， 传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和本发明的新型 RC-LIGBT器件的输出特性曲线的横向比较图； 0033 图。

21、11为正向导通时， 在MEDICI仿真环境中， 不同集电极电压下传统RC-LIGBT和本 发明的新型RC-LIGBT器件的导电模式横向比较图； 0034 图12为正向导通时， 本发明的新型RC-LIGBT器件在LDMOS区和LIGBT区的面积之比 RatioS1:S2分别为1:3， 1:2， 1:1， 2:1时， 新型RC-LIGBT器件的输出特性曲线纵向比较图； 0035 图13为在MEDICI仿真环境下， 本发明的新型RC-LIGBT器件在LDMOS区和LIGBT区的 面积之比RatioS1:S2分别为1:3， 1:2， 1:1， 2:1时的正向导通电流分布的纵向比较图； 0036 图14。

22、为反向导通时， 传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和本发明的新型RC- LIGBT器件的反向电流与发射极电压关系曲线的纵向比较图； 0037 图15为反向导通情况下， 本发明的新型RC-LIGBT器件在LDMOS区和LIGBT区的面积 之比RatioS1:S2分别为1:3， 1:2， 1:1， 2:1下的反向电流与发射极电压关系曲线的纵向比 较图； 0038 图16为反向导通时， 在MEDICI仿真环境中， 本发明的新型RC-LIGBT器件在LDMOS区 和LIGBT区的面积之比RatioS1:S2分别为1:3， 1:2， 1:1， 2:1下的反向电流分布纵向比较 图； 。

23、0039 图17为关断时， 本发明的新型RC-LIGBT器件在LDMOS区和LIGBT区的面积之比 RatioS1:S2分别为1:1.5， 1:1， 1.5:1， 2:1， 2.5:1下关断时间与集电极电流的纵向比较 说明书 3/11 页 5 CN 109920840 A 5 图； 0040 其中1为N+电子发射极、 2为栅极、 3为栅氧化层、 4为源极、 5为轻掺杂P区、 6为矩形 N-漂移区、 7为集电极、 8为P-Collector区、 9为弧形N-buffer区、 10为介质隔离层、 11为衬 底、 12为N-Collector区、 13为P-body的重掺杂P+区、 14为N-buf。

24、fer区、 15为L型N-漂移区、 16 为L型SiO2隔离层、 S1为LDMOS区、 S2为LIGBT区。 具体实施方式 0041 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式， 本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。 本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用， 本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用， 在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。 需要说明的是， 以下实施例中所提供的图示仅以示 意方式说明本发明的基本构想， 在不冲突的情况下， 以下实施例及实施例中的特征可以相 互组合。 0042 其中， 附图仅用于示例性说明， 表示的。

25、仅是示意图， 而非实物图， 不能理解为对本 发明的限制； 为了更好地说明本发明的实施例， 附图某些部件会有省略、 放大或缩小， 并不 代表实际产品的尺寸； 对本领域技术人员来说， 附图中某些公知结构及其说明可能省略是 可以理解的。 0043 本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件； 在本发明的描 述中， 需要理解的是， 若有术语 “上” 、“下” 、“左” 、“右” 、“前” 、“后” 等指示的方位或位置关系 为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或 暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此附图中描述 。

26、位置关系的用语仅用于示例性说明， 不能理解为对本发明的限制， 对于本领域的普通技术 人员而言， 可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。 0044 一种具有L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件， 其结构示意图如图4所示， 包括N +电子发射极1、 栅极2、 栅氧化层3、 源极4、 轻掺杂P区5、 矩形N-漂移区6、 集电极7、 P- Collector区8、 弧形N-buffer区9、 介质隔离层10、 衬底11、 N-Collector区12、 P-body的重掺 杂P+区13、 N-buffer区14、 L型N-漂移区15、 L型SiO2隔离层16。 0045 在具有L型SiO2。

27、隔离层的新型复合型RC-LIGBT器件中L型SiO2隔离层将器件分割形 成左上区域的LDMOS区S1以及右下区域的LIGBT区S2， 其中LDMOS区与LIGBT区还具有共用的 有源区， 共用的有源区包含源极4、 栅极2、 栅氧化层3、 介质隔离层10和衬底11。 0046 新型复合型RC-LIGBT器件中的LDMOS区包括从左至右设置P-body的重掺杂P+区 13、 轻掺杂P区5、 矩形N-漂移区6、 弧形N-buffer区9以及N-Collector区12， 其中P-body的重 掺杂P+区13与源极4相连； 并且还包括N+电子发射极1， 其左面与源极4接触， 上面与P-body 的重掺。

28、杂P+区接触， 右面与轻掺杂P区接触， 下面与栅氧化层接触， 其中在LDMOS区中N- buffer区主要作为LDMOS区的场截止层， 防止了耗尽层扩展后与N-collector区直接连通， 从而提高器件耐压性能。 0047 器件中的LIGBT的水平方向从左至右依次设置有P-body的重掺杂P+区13、 轻掺杂P 区5、 L型N-漂移区15， 其中P-body的重掺杂P+区与源极相连； 还包括N+电子发射极1， 其左面 与源极接触， 上面与栅氧化层接触， 右面与轻掺杂P区接触， 下面与P-body的重掺杂P+区接 说明书 4/11 页 6 CN 109920840 A 6 触； LIGBT区的。

29、还包括设置在L型漂移区竖直端上方的N-buffer区14以及位于N-buffer区上 方的P-Collector区8， 其中N-buffer区可在不影响LDMOS区性能的前提下独立调节LIGBT区 的导通压降和P-collector处空穴发射效率。 0048 复合型RC-LIGBT器件中集电极7下部从左到右依次与N-Collector区、 L型SiO2隔 离层以及P-Collector区的上部接触。 0049 在具有L型SiO2隔离层的新型复合型RC-LIGBT器件中的L型漂移区通过外延生长 法形成， 与衬底、 介质隔离层一起组成SOI结构， 即绝缘体上的硅结构。 0050 将一种具体具有L型。

30、SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT器件放入坐标系中， 相应各部 分的位置为： 0051 共用有源区中， 源极4： 纵坐标为025 m， 横坐标为00.3 m； 栅极2： 横坐标为0.5 2 m， 纵坐标为19.220 m； 栅氧化层3： 纵坐标为1920.2 m， 横坐标为0.32.2 m， 栅氧 化层3厚度为0.2 m； 介质隔离层10： 横坐标为017 m， 纵坐标为2525.375 m； 衬底11： 横 坐标为017 m， 纵坐标为25.37527.375 m。 0052 LDMOS区中， P-body的重掺杂P+区13： 纵坐标为017 m， 横坐标为0.31.2 m； N+ 电子。

31、发射极1： 横坐标为0.31.2 m， 纵坐标为1719 m； 轻掺杂P区5： 纵坐标为019 m， 横 坐标为1.21.8 m； 矩形N-漂移区6： 纵坐标为019 m， 横坐标为1.812.5 m； 弧形N- buffer 9： 横坐标为1012.5 m， 纵坐标为04 m； N-collector区12： 横坐标为1112.5. m， 纵坐标为02 m。 0053 L型SiO2隔离层16： 水平部分纵坐标为1920.2 m， 横坐标为2.213 m， 竖直部分 的横坐标为12.513 m， 纵坐标为019 m。 0054 LIGBT区中， N+电子发射极1： 横坐标为0.31.2 m， 。

32、纵坐标为20.222.2 m； P- body的重掺杂P+区13： 横坐标为0.31.2 m， 纵坐标为22.225 m； 轻掺杂P区5： 横坐标为 1.21.8 m， 纵坐标为20.225 m； L型N-漂移区15： 水平部分的横坐标为1.817 m， 纵坐 标为20.225 m， ， 竖直部分的横坐标为1317 m， 纵坐标为420.2 m； P-collector区8： 横坐标为1317 m， 纵坐标为02 m； N-buffer区14： 横坐标为1317 m， 纵坐标为24 m。 0055 集电极7： 横坐标为11.517 m， 纵坐标为-0.20 m。 0056 本发明提出的一种具有。

33、L型SiO2隔离层的复合型RC-LIGBT新结构， 其结构如图4所 示。 其结构包括从左至右设置的发射极、 栅极、 LDMOS的N-漂移区、 LIGBT的N-漂移区、 L型SiO2 隔离层、 槽型SiO2埋层、 集电极。 集电极包括左右设置的LDMOS区的缓冲层N-buffer和包围 在其中的N-Collector区、 LIGBT区的具有空穴发射能力的垂直P集电极P-Collector和N- buffer区。 0057 本发明所提出的RC-LIGBT机理在于： 0058 (1)在击穿耐压时， 由于引入了L型SiO2隔离层， 将晶体管器件的表面电场引向器 件体内， 从而极大地增强了器件的体内电场。

34、， 使得器件体内的电场分布更加均匀且强度更 大； 同时能够降低器件局部的电场尖峰， 避免了如同传统RC-LIGBT器件那样在漂移区耗尽 之前尚未达到雪崩击穿时就提前击穿器件表面， 从而提高了复合型RC-LIGBT器件的击穿电 压。 0059 (2)在正向导通时， 复合型RC-LIGBT器件的导通过程分为三步： 0060 第一步： LDMOS区单极性导通模式， 电子从LDMOS区的N+发射极注入LDMOS的漂移 说明书 5/11 页 7 CN 109920840 A 7 区， 流经N-buffer区后由N-collector区流出， 此时LIGBT区中N+电子发射极注入的电子被 P-Collec。

35、tor区重掺杂形成的空穴势垒阻挡， LIGBT区的P-Collector区与N-buffer区形成 的PN结处于截止状态， 无电流； 0061 第二步： 随着LDMOS区和LIGBT区集电极的电压增大， LIGBT区的P-Collector区开 始向LIGBT区的漂移区注入空穴， 形成了LIGBT+LDMOS混合导电模式； 0062 第三步： 由于LIGBT区采用的是双极性导电模式， 电流随电压呈指数增长， 随着集 电极电压继续增加， 因此复合型RC-LIGBT器件导电以LIGBT区的双极性导电模式为主； 0063 故正向导通的整个导电过程由LDMOS区为主过渡到LDMOS+LIGBT混合导电。

36、模式， 继 续形成以LIGBT区的双极性导电模式为主， 转换过程中器件处于平稳过度状态， 无电流突变 情况， 所以本发明的复合型RC-LIGBT器件的正向导通过程无Snapback现象。 0064 (3)在反向导通时， LDMOS区可等效为P-body轻掺杂P区与漂移区组成的PN结， PN结 正偏， N-collector区相对电子而言属于低势垒， 允许电子电流流过； 而LIGBT区可等效为P- body轻掺杂P区、 N-漂移区以及P-collector区组成的背靠背二极管， 即PNP结构， 其中P- body轻掺杂P区与N-漂移区形成的PN结正偏， 而N-漂移区与P-collector组成的。

37、PN结反偏， 不允许电子电流流过； 由此可见本发明的复合型RC-LIGBT器件在其反向工作上具有良好的 独立性。 0065 借助MEDICI仿真软件可得， 对所提供的如图1所示的传统LDMOS器件， 如图2所示的 传统LIGBT器件， 如图3所示的传统RC-LIGBT器件以及本发明所提出的如图4所示的新型RC- LIGBT器件进行仿真比较， 在仿真过程中四种结构的仿真参数一致， 其中N-漂移区总厚度为 25 m， 载流子寿命为10 s， 环境温度为300K， 长度为17 m， 掺杂浓度Nd和缓冲层N-buffer的 浓度可调。 0066 图5是室温下T300K时， 在漂移区浓度分别为11014。

38、、 21014时为击穿时传统 LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和新型RC-LIGBT器件在漂移区浓度Nd分别为11014、 2 1014下的雪崩击穿状态下， 反向击穿时的击穿电压比较图。 由MEDICI仿真得到的数据结果再 通过Origin工具绘制的曲线图如图5所示， 可以看出： 在11014的漂移区掺杂浓度下： 新型 RC-LIGBT的击穿电压远大于传统RC-LIGBT结构， 在相同的结构参数下， 新型RC-LIGBT的击 穿电压为206.05V， 比传统RC-LIGBT的99.491V击穿电压提高了107； 比传统LIGBT的 55.103V击穿电压提高了273.93，。

39、 比传统LDMOS的136.85V击穿电压提高了50。 以此同 时， 在21014的漂移区掺杂浓度下， 新型RC-LIGBT的击穿电压远仍然大于传统RC-LIGBT结 构， 在相同的结构参数下， 新型RC-LIGBT的击穿电压为154.803V， 比传统RC-LIGBT的 112.957V的击穿电压提高了约37。 比传统LIGBT的45.561V的击穿电压提高了240， 比传 统LDMOS的112.933V的击穿电压提高了约37。 可以看出在两种漂移区掺杂浓度11014、 2 1014下新型RC-LIGBT器件的击穿电压都是最大的。 0067 图6仿真了击穿时传统LDMOS、 传统LIGBT、。

40、 传统RC-LIGBT和新型RC-LIGBT器件在漂 移区浓度Nd为11014时， 相邻等势线之间为5V/Contour的雪崩击穿状态下的电势比较图； 可以看出新型RC-LIGBT晶体管的电势均匀分布在整个晶体管内且等势线的密度远大于其 它结构， 原本在各传统结构中源极下方电势相对密集的区域变得稀疏， 这是由于内部L型 SiO2隔离层将电场引向体内， 导致等势线密集， 击穿电压也高于传统LDMOS、 传统LIGBT、 传 统RC-LIGBT器件， 说明引入L型SiO2隔离层还增加了晶体管内部电场强度、 降低了器件表面 说明书 6/11 页 8 CN 109920840 A 8 电场强度。 00。

41、68 图7仿真了在击穿状态下， 传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和新型RC-LIGBT 器件的三维电场比较图， 可以看出在传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT器件中， 都在源 极附近存在的一个电场尖峰， 电场分布非常的不均匀， 局部电场过大， 这说明在器件的这个 电场峰值出现的位置， 在穿通击穿发生前， 即漂移区尚未完全耗尽时， 提前发生击穿。 具体 的， 在传统LDMOS器件中这个峰值电场为21.59285105V/ m， 在传统的LIGBT器件中这个峰 值电场为10.93422105V/ m， 在传统的RC-LIGBT器件中这个峰值电场为6.85。

42、4723105V/ m。 另外可以看出与这三个传统结构不同的是， 新型RC-LIGBT器件在的L型SiO2隔离层改变 了器件的结构， 利用耐压更高的高介电常数的SiO2介质将原本在传统结构中出现电场分布 极不均匀、 表面电场过大等问题进行了极为有效的优化。 从图7中可以看出整个新型RC- LIGBT器件内部， 电场分布更加的均匀且未出现特别大的电场峰值， 最大电场仅仅为 2.694096105V/ m。 而对比埋层SiO2处， 明显看出其局部电场尖峰值与内部电场的差别小 于2.0105V/ m。 从图7可以很直观的看到在传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT器件中 这一数值远。

43、高于在新型器件中的差值， 说明新型RC-LIGBT器件各处峰值电场区别不大， 相 比而言， 新型RC-LIGBT器件不易发生早期击穿， 能够让耗尽层完全扩展到集电极， 所以新型 RC-LIGBT器件具备更高大的击穿电压。 0069 图8仿真了传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和新型RC-LIGBT器件在漂移区浓 度Nd为11014时， 雪崩击穿状态下的的表面电场比较图， 可以看出传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT器件具有很高的表面电场。 根据MEDICI仿真结果数据， 传统LDMOS器件的表面 电场峰值出现在X5.5 m处， 为2.159285106。

44、V/ m； 传统LIGBT器件的表面电场峰值出现 在X5.5 m处， 为1.093422106V/ m； 传统RC-LIGBT器件的表面电场峰值出现在X1 m 处， 为0.6854723106V/ m； 相比之下， 由于新型RC-LIGBT器件的结构中引入了L型SiO2隔离 层， 使得漂移区中的电场峰值降低， 其表面电场峰值出现在了X9.875 m处， 且仅仅为 0.2694096106V/ m， 远小于传统结构。 从直观上来看， 传统LDMOS器件的表面电场是最大， 传统LIGBT器件次之， 传统RC-LIGBT器件更小， 新型RC-LIGBT器件相比之下表面电场峰值最 小， 根据Resur。

45、f原理， 将表面电场降低并且引入体内的新型RC-LIGBT器件在理论上具有最 高的击穿电压， 新结构正是运用了这一原理， 同时仿真结果印证了这一理论， 使新型RC- LIGBT器件的击穿电压得到大幅度优化。 0070 图9仿真了传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和新型RC-LIGBT器件在漂移区浓 度Nd为11014时， 雪崩击穿状态下的Y0.5处的内部电场比较图。 可以看出新型RC-LIGBT 器件的在Y0.5 m处的电场是最大的， 同时也是分布最均匀的。 根据MEDICI仿真结果数据 得出， 由于L型SiO2隔离层的引入， 对器件电场的优化， 导致器件体内存在两个相差。

46、不大的 电场峰值。 从图9中可以看到， 相比于传统器件， 新型RC-LIGBT器件在X19.875 m处的电场 峰值提高了约4倍， 为E.max1279084.6V/ m； 在X21.80586 m处， 为E.max2190308.7V/ m。 从直观上看， 由于电场曲线与X轴所围成的封闭图形面积大小可作为比较电场大小的参 考， 故可以看到传统LDMOS器件在Y0.5 m处的内部电场低于新型RC-LIGBT器件， 但是高于 传统的LIGBT器件， 而传统RC-LIGBT器件电场最低。 说明新型RC-LIGBT器件的结构完成了对 表面电场的削弱和对内部电场的增强， 达到了提高了击穿电压的目的； 。

47、并且这一大小顺序 也与传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和新型RC-LIGBT器件在MEDICI仿真环境下的得 说明书 7/11 页 9 CN 109920840 A 9 出的击穿电压大小顺序正相关。 0071 图10给出了传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和新型RC-LIGBT器件在漂移区 浓度Nd为11014时， 据用Origin处理的正向导通时的输出特性曲线横向比较图。 如图10所 示， 在集电极电压在0.6V时， 传统LDMOS、 传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和新型RC-LIGBT器件之 间存在明显的斜率差异， 其中传统LDMOS器。

48、件作为单极型导电器件， 其集电极N-collector 相对电子而言为低势垒， 电子作为载流子从集电极流出， 因此在集电极加偏置电压的初始 时间就有相对较大的电子电流产生； 而传统LIGBT器件的集电极仅有P-collector的一部 分， 集电极存在P-collector和N-buffer构成的PN结， 在达到阈值电压之前PN结尚未开启， 无电流产生； 相比之下， 传统RC-LIGBT以及新型RC-LIGBT器件的集电极由N-collector和P- collector组成， 均存在由电子电流到电子和空穴电流的单极性导电模式向双极性导电模 式的转换过程。 根据仿真结果， 可以看到传统LIGB。

49、T器件在达到0.6V左右开启电压时就直接 进入双极型导电模式， 因此在传统LIGBT、 传统RC-LIGBT和新型RC-LIGBT器件之中同等条件 下传统LIGBT器件的电流最大； 而传统RC-LIGBT和新型RC-LIGBT器件的集电极存在N- collector和P-collector两部分， 对于传统RC-LIGBT器件由于N-Collector的引入， 重掺杂 的P-Collector对于从发射极N+流出的电子而言是一个高势垒， 阻挡了电子流向金属集电 极， 所以集电极电压低于N-buffer和P-Collector之间的PN结阈值0.6V时， 电子会首先通过 N-buffer流到集电。

50、极的N-Collector部分， 此时只有来自N+电子发射极的电子参与导电， 正 如图中的A、 C点所示， 使RC-LIGBT器件处于单极型导电模式下。 如图10所示， 随着集电极电 压增大， 在N-buffer中流过的电子电流增加， VPN值会超过0 .6V， 此时N-buffer和P- Collector之间的PN结会开启， P-Collector向漂移区注入空穴， 此时实现导电模式的转换， 有来自N+的电子和来自P-collector参与导电， 正如图中的B、 D点所示。 而传统RC-LIGBT在 这一过程中产生电流突变， 便会导致Snapback现象， 如图10所示出现一个很明显的电压。