[實用新型]絕緣柵雙極型晶體管

有效

• 申請號: 201320220640.4
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN203288596U
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 弗蘭克·普菲爾什;漢斯-約阿希姆·舒爾茨;霍爾格·豪斯肯
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L29/08
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

本實用新型涉及一種半導體器件，更具體地，涉及一種絕緣柵雙極型晶體管。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT：Insulated?Gate?Bipolar?Transistor）是由金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET：Metal-Oxide-Semiconductor?Field-Effect?Transistor）和雙極型晶體管（BJT：Bipolar?Junction?Transistor）復合而成的半導體器件，其兼具這兩種器件的優點，既具有MOSFET的驅動功率小和開關速度快的優點，又具有BJT的導通電壓低且電流承載容量大的優點。因此，近年來IGBT已經廣泛應用于諸如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等需要進行電力轉換的領域。

圖1示出了現有的IGBT的一個實例。如圖1所示，IGBT10被示出為具有溝槽柵場終止型結構，其包括順次層疊的p型集電區11、n型場終止區12、n-型漂移區13、p型基區14以及n+型源區15，以及形成在n-型漂移區13、p型基區14以及n+型源區15中的柵極16和柵氧化層17。

進一步地，在圖1所示的IGBT10中，柵極16包括具有均勻截面寬度的上部柵極161以及截面寬度大于上部柵極161的截面寬度的下部柵極162。這種結構可被稱為局部窄臺（PNM：Partially?Narrow?Mesa）結構。在Masakiyo?Sumitomo等人發表于2012年第24屆國際功率半導體器件與功率集成電路會議（ISPSD：International?Symposium?on?Power?Semiconductor?Devices?and?IC）的論文“Low?Loss?IGBT?with?Partially?Narrow?Mesa?Structure(PNM-IGBT)”以及美國專利第US7800187B2號中記載了具有類似結構的IGBT。通過形成如圖1中虛線框所示的局部窄臺結構（兩個相鄰溝槽柵之間的基區被窄化），能夠在確保不減小金屬-半導體接觸面積的情況下減小臺面寬度（兩個相鄰溝槽柵之間的基區的寬度），從而IGBT10的飽和電壓顯著降低，并且通態電壓和關斷損耗之間也能獲得良好權衡。

然而，在圖1所示的IGBT10中，臺面區域變窄使得該區域中的電流密度增加。在IGBT10關斷期間，該區域中的大部分或者幾乎所有的電流由空穴運載，這樣的高空穴電流密度使得電流在流過p型基區14的位于n+型源區15下方的部分時產生電壓降。該電壓降使得IGBT10的寄生晶閘管（具有由p型集電區11、n型場終止區12/n-型漂移區13、p型基區14以及n+型源區15構成的PNPN結構）中的NPN管被導通，這特別是在過電流截止時更容易發生。結果，IGBT10發生閂鎖（Latch?up）效應，其中的等效MOSFET的控制能力降低甚至無效，IGBT10最終將因過熱而損壞。

實用新型內容

鑒于上述問題，期望提供一種能夠避免閂鎖效應的發生的IGBT器件。

根據本實用新型的一個實施方式，提供了一種絕緣柵雙極型晶體管，包括：發射極；以及半導體主體，其中所述半導體主體包括：第一基區，具有第一導電類型，源區，具有不同于所述第一導電類型的第二導電類型，與所述發射極電接觸，并與所述第一基區形成第一pn-結；至少一個溝槽，其中所述至少一個溝槽被填充有柵電極，其中，所述至少一個溝槽具有：第一溝槽部，具有第一寬度；以及第二溝槽部，具有第二寬度；所述第二寬度不同于所述第一寬度；以及凹槽，形成在所述半導體主體的表面上并且至少部分形成在所述源區處，其中，所述發射極的一部分填充所述凹槽，使得所述發射極與所述源區和所述第一基區接觸。

優選地，所述凹槽的深度大于或等于由所述源區和所述第一基區形成的第一pn-結的深度。

優選地，所述凹槽在與所述至少一個溝槽的延伸方向相同的橫向方向延伸。

優選地，所述凹槽在垂直方向的深度在0.2至0.5之間。

優選地，所述半導體主體包括至少兩個溝槽，并且所述凹槽至少部分設置在所述兩個溝槽之間。

優選地，所述絕緣柵雙極型晶體管還包括：防閂鎖區，形成在所述第一基區中，且位于所述凹槽的底部，具有所述第一導電類型，并且摻雜濃度大于所述第一基區的摻雜濃度，其中，所述發射極與所述防閂鎖區接觸。

優選地，所述防閂鎖區的外圍形成有橫向擴散區，所述橫向擴散區具有所述第一導電類型，并且位于所述第一基區中的不影響溝道形成的區域內。