[發(fā)明專利]具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的高壓IGBT

無效

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• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103594502A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹琳
• 申請（專利權(quán)）人: 西安永電電氣有限責任公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的高壓IGBT。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管（IGBT）是場效應晶體管（MOSFET）和雙極功率晶體管（BJT）結(jié)合形成的達林頓結(jié)構(gòu)，具有MOSFET輸入阻抗高、驅(qū)動簡單、開關(guān)速度高的優(yōu)點，又具有BJT電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強的優(yōu)點，是比較理想的全控型器件。新一代溝槽柵場終止型IGBT綜合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用最新功率半導體制造工藝，其模塊容量應已經(jīng)達到400A-2400A/1200V-6500V，滿足電力電子與電力傳動領(lǐng)域應用要求，并正在向更高功率要求的應用領(lǐng)域拓展。

現(xiàn)代電力電子器件要求：（1）更大導通電流容量，更高阻斷電壓及更高功率容量；（2）低通態(tài)電阻和低導通壓降；（3）更快的開關(guān)速度和更高的工作頻率；（4）驅(qū)動簡單，易于控制；（5）高穩(wěn)定性及高可靠性，成本低。IGBT滿足大部分現(xiàn)代電力電子器件要求，但高壓時導通電阻較大、導通壓降高且開關(guān)速度慢。目前，已經(jīng)有較多的研究在解決這些問題，例如：（1）刻槽技術(shù)(Trench-IGBT)；（2）穿通型IGBT設(shè)計(PT-IGBT)；（3）注入增強技術(shù)(Injection?enhancement-IEGT)；（4）少子壽命控制技術(shù)。然而，這些技術(shù)對器件性能的改進都是有限的或者需要進行折衷處理。

20世紀80年代末90年代初，一種新概念的提出打破了“硅限”，它可以同時得到較低的功耗和較高的開關(guān)速度。這一概念經(jīng)過演化和完善之后，成為現(xiàn)在的“超結(jié)理論”（Superjunction?Theory）。目前商品化的CoolMOS^TM就是在超結(jié)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，得到了擊穿電壓與通態(tài)比電阻之間較好的關(guān)系。因此，將超結(jié)結(jié)構(gòu)應用在IGBT中可以與現(xiàn)有CoolMOS工藝相兼容，滿足高耐壓要求的同時進一步減小通態(tài)比電阻，降低器件正向?qū)ü摹?/p>

目前高壓IGBT芯片通常采用電場截止型設(shè)計（FS-IGBT），通過在n-基區(qū)和p+集電區(qū)之間加入一個比n-基區(qū)窄而摻雜濃度高的n型緩沖層，彌補了非穿通型（NPT）及穿通型（PT）IGBT的不足。

然后現(xiàn)有技術(shù)具有以下缺點：

(1)FS-IGBT中的n型緩沖層是在表面MOSFET工藝完成后經(jīng)離子注入和退火推進形成的，退火條件不當容易造成緩沖層較薄，電場截止效果不明顯；

(2)需要背面減薄工藝，減薄后厚度較薄，碎片率較高；

(3)FS-IGBT中承受耐壓的漂移區(qū)通態(tài)比電阻與擊穿電壓之間存在制約關(guān)系，提高擊穿電壓和降低通態(tài)比電阻不能同時實現(xiàn)，高壓設(shè)計時通態(tài)比電阻較大，功耗及壓降大。

因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的高壓IGBT。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的高壓IGBT，將超結(jié)理論應用在IGBT中，滿足高耐壓的同時進一步減小通態(tài)比電阻，降低正向?qū)ü模抑苽涔に嚺c現(xiàn)有CoolMOS相兼容。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案如下：

一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的IGBT，所述IGBT包括漂移區(qū)、位于所述漂移區(qū)上方的p型區(qū)及n型區(qū)、位于所述漂移區(qū)下方的緩沖層、以及位于所述緩沖層下方的注入層，所述漂移區(qū)為由交替相間的p柱和n柱構(gòu)成的超結(jié)結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述緩沖層為n型區(qū)，所述注入層為p型區(qū)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述注入層為p+摻雜。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述漂移區(qū)中的p柱為p-摻雜，n柱為n-摻雜。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述漂移區(qū)上方n型區(qū)兩端分別設(shè)有發(fā)射極和柵極，所述注入層的下方設(shè)有集電極。

本發(fā)明具有以下有益效果：

將電荷補償原理設(shè)計的超結(jié)結(jié)構(gòu)引入IGBT中，能保證高耐壓的同時導通電阻大大降低；

橫向交替存在的pn結(jié)有利于關(guān)斷過程中迅速排出正向?qū)〞r存儲在漂移區(qū)中的少數(shù)載流子，關(guān)斷時間減少

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中電場截止型FS-IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖及電場分布曲線圖；