[發(fā)明專利]一種平面柵電荷存儲(chǔ)型IGBT

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210123005.4
• 申請(qǐng)日: 2012-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN102683402A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金平;夏小軍;王娜;李長(zhǎng)安;張蒙;李澤宏;任敏;張波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，更具體的說(shuō)，涉及平面柵電荷存儲(chǔ)型絕緣柵雙極型晶體管。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種MOS場(chǎng)效應(yīng)和雙極型晶體管復(fù)合的新型電力電子器件。它既有MOSFET易于驅(qū)動(dòng)、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，又有功率晶體管導(dǎo)通壓降低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代電力電子電路中的核心電子元器件之一，廣泛地應(yīng)用在諸如通信、能源、交通、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、家用電器及航空航天等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。IGBT的應(yīng)用對(duì)電力電子系統(tǒng)性能的提升起到了極為重要的作用。從IGBT發(fā)明以來(lái)，人們一直致力于改善IGBT的性能。經(jīng)過(guò)二十幾年的發(fā)展，IGBT的器件性能得到了穩(wěn)步的提升。

由于平面柵IGBT器件相比于溝槽柵IGBT器件具有優(yōu)越的可靠性，平面柵IGBT在具有較高可靠性要求的領(lǐng)域得到了大規(guī)模的應(yīng)用。在平面柵IGBT器件中，平面柵電荷存儲(chǔ)型絕緣柵雙極型晶體管由于采用了N型電荷存儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)，使IGBT器件靠近柵極和發(fā)射極位置的載流子濃度分布得到了極大的改善，從而提高了N型漂移區(qū)的電導(dǎo)調(diào)制，使IGBT獲得了低的正向?qū)▔航怠?duì)于平面柵電荷存儲(chǔ)型絕緣柵雙極型晶體管，N型電荷存儲(chǔ)層的摻雜濃度越高，正向?qū)▔航翟叫。煌瑫r(shí)電荷存儲(chǔ)層的存在，改善了N型漂移區(qū)的載流子分布，在一定的正向?qū)▔航迪拢色@得小的關(guān)斷時(shí)間。因此，平面柵電荷存儲(chǔ)型絕緣柵雙極型晶體管具有較好的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷時(shí)間的折中。但是，對(duì)于平面柵電荷存儲(chǔ)型IGBT，由于較高摻雜濃度的N型電荷存儲(chǔ)層的存在，使器件的擊穿電壓顯著降低，N型電荷存儲(chǔ)層的摻雜濃度越高，器件的擊穿電壓越小。N型電荷存儲(chǔ)層摻雜濃度對(duì)器件擊穿電壓的影響限制了平面柵電荷存儲(chǔ)型絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)擊穿電壓、正向?qū)▔航岛完P(guān)斷時(shí)間的優(yōu)化折中。

發(fā)明內(nèi)容

為了抑制N型電荷存儲(chǔ)層摻雜濃度對(duì)器件擊穿電壓的不利影響，進(jìn)一步提升平面柵電荷存儲(chǔ)型IGBT的性能，本發(fā)明提供了一種高性能的平面柵電荷存儲(chǔ)型IGBT。所提供的IGBT在傳統(tǒng)的平面柵電荷存儲(chǔ)型IGBT的基礎(chǔ)上(如圖1所示)，在器件的N型漂移區(qū)(14)和N型電荷存儲(chǔ)層(21)之間通過(guò)離子注入/擴(kuò)散工藝引入一層P型埋層(22)。本發(fā)明通過(guò)P型埋層(22)引入的附加PN結(jié)和電荷的電場(chǎng)調(diào)制作用，屏蔽了高摻雜N型電荷存儲(chǔ)層(21)對(duì)器件擊穿電壓的不利影響，從而使器件獲得高的擊穿電壓。同時(shí)由于P型埋層(22)對(duì)N型電荷存儲(chǔ)層(21)的電場(chǎng)屏蔽作用，本發(fā)明結(jié)構(gòu)可采用較高的N型電荷存儲(chǔ)層(21)摻雜濃度，從而可增強(qiáng)器件N型漂移區(qū)(14)內(nèi)的電導(dǎo)調(diào)制并優(yōu)化N型漂移區(qū)(14)內(nèi)的載流子分布，從而使器件獲得更低的正向?qū)▔航狄约案玫恼驅(qū)▔航岛完P(guān)斷損耗的折中。基于此，通過(guò)器件參數(shù)的優(yōu)化，本發(fā)明結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)更好的擊穿電壓、正向?qū)▔航岛完P(guān)斷時(shí)間的優(yōu)化折中。可適用于從小功率到大功率的半導(dǎo)體功率器件和功率集成電路領(lǐng)域。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種平面柵電荷存儲(chǔ)型IGBT，如圖2至圖3所示，包括P⁺集電極12，位于P⁺集電極12背面的金屬集電極11，位于P⁺集電極12正面的N⁺電場(chǎng)阻止層13，位于N⁺電場(chǎng)阻止層13表面的N^-漂移區(qū)14，位于N^-漂移區(qū)14頂部中間的P型基區(qū)20，位于P型基區(qū)20內(nèi)部的兩個(gè)N⁺接觸區(qū)19，位于P型基區(qū)20內(nèi)部且位于兩個(gè)N⁺接觸區(qū)19之間的P⁺接觸區(qū)18，位于器件表面且與兩個(gè)N⁺接觸區(qū)19和P⁺接觸區(qū)18接觸的金屬發(fā)射極17，位于器件表面且與兩個(gè)N⁺接觸區(qū)19、P型基區(qū)20和N^-漂移區(qū)14均接觸的柵極氧化層15，位于柵極氧化層15表面的柵電極16；金屬發(fā)射極17與柵電極16之間相互絕緣；P型基區(qū)20與N^-漂移區(qū)14之間具有N型電荷存儲(chǔ)層21。所述平面柵電荷存儲(chǔ)型IGBT還具有一層P型埋層22，所述P型埋層22位于N型電荷存儲(chǔ)層21與N^-漂移區(qū)14之間。

上述方案中：

所述P型埋層22可以將N型電荷存儲(chǔ)層21全部包圍(如圖2所示)；或?qū)型電荷存儲(chǔ)層21部分包圍(如圖3所示)。

所述P型埋層22的濃度、厚度、形狀等可根據(jù)設(shè)計(jì)要求而相應(yīng)變化。