[實(shí)用新型]新型絕緣柵雙極晶體管的源區(qū)結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320860117.8
• 申請(qǐng)日: 2013-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203631562U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戚麗娜;張景超;劉利峰;趙善麒;王曉寶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇宏微科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/737
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/737;H01L29/08
• 代理公司: 常州市維益專(zhuān)利事務(wù)所 32211
• 代理人: 賈海芬

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種新型絕緣柵雙極晶體管的源區(qū)結(jié)構(gòu)，屬于絕緣柵雙極晶體管技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管（IGBT）是雙極型三極管與絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管和成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，具有絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的高輸入阻抗及雙極型三極管的低導(dǎo)通壓降、以及驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、安全工作區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造方面，如電機(jī)調(diào)速、各種高頻開(kāi)關(guān)電源等，還是在新能源的開(kāi)發(fā)方面，如太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電和新能源汽車(chē)等，以及新興產(chǎn)業(yè)方面，如智能電網(wǎng)、軌道交通等，作為電力電子系統(tǒng)核心開(kāi)關(guān)器件的IGBT都起到了不可取代的關(guān)鍵的作用。

對(duì)于IGBT特性優(yōu)化來(lái)說(shuō)，經(jīng)常需要考慮以下幾對(duì)參數(shù)的平衡，即通態(tài)壓降與擊穿電壓的平衡；通態(tài)壓降與開(kāi)關(guān)速度的平衡；以及通態(tài)壓降與短路電流能力的平衡。實(shí)現(xiàn)上述關(guān)系的平衡，很多可以從結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行調(diào)整，但是一旦需要調(diào)整，可能整套版圖或者大部分版圖設(shè)計(jì)都需要進(jìn)行更改，成本較高。一般IGBT的通態(tài)壓降和短路電流能力的調(diào)整是通過(guò)調(diào)整多晶硅層寬度和間距來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如果需要對(duì)原有設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，至少需要更改多晶硅版或溝槽版、孔版和源區(qū)注入版，因此實(shí)現(xiàn)輕微調(diào)整所耗費(fèi)成本較高。而IGBT的抗閂鎖能力可通過(guò)調(diào)整摻雜形貌、版圖形狀和尺寸來(lái)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整摻雜形貌需要兼顧器件電學(xué)特性要求，調(diào)整時(shí)鉗制因素較多，而調(diào)整版圖形狀和尺寸與需要改動(dòng)好幾張光刻版來(lái)實(shí)現(xiàn)，同樣實(shí)現(xiàn)輕微調(diào)整所耗費(fèi)成本較高。

IGBT結(jié)構(gòu)一般在N型襯底上形成P型層和多晶硅層，多晶硅層下的P型層反型時(shí)即形成導(dǎo)電溝道，而在P型層內(nèi)注入的N型層即為源區(qū)，源區(qū)為了形成歐姆接觸濃度一般較高。目前絕緣柵雙極晶體管源區(qū)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示，源區(qū)是在絕緣柵雙極晶體管正面沿垂直于導(dǎo)電溝道方向?yàn)檫B續(xù)注入形成，由于在源區(qū)內(nèi)有盡可能多的導(dǎo)電溝道，降低通態(tài)壓降是通過(guò)直接連接的接觸孔將電流導(dǎo)出實(shí)現(xiàn)的，見(jiàn)圖2所示為電流I_E流動(dòng)情況，其相對(duì)電流密度可以較低。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種能對(duì)絕緣柵雙極晶體管短路電流能力和抗閂鎖能力同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，并能簡(jiǎn)化工藝降低制造成本的新型絕緣柵雙極晶體管的源區(qū)結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型為達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是：一種新型絕緣柵雙極晶體管的源區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于：在絕緣柵雙極晶體管正面的源區(qū)沿垂直于導(dǎo)電溝道方向的區(qū)域包括間隔設(shè)置兩個(gè)以上的源區(qū)注入?yún)^(qū)和相鄰兩源區(qū)注入?yún)^(qū)之間的源區(qū)不注入?yún)^(qū)，各源區(qū)注入?yún)^(qū)包括接觸孔引出區(qū)和源區(qū)電阻區(qū)，電流經(jīng)源區(qū)注入?yún)^(qū)時(shí)，先經(jīng)源區(qū)電阻區(qū)后再通過(guò)接觸孔引出區(qū)流出。

其中：所述源區(qū)注入?yún)^(qū)的源區(qū)電阻區(qū)位于接觸孔引出區(qū)的兩側(cè)，源區(qū)注入?yún)^(qū)呈Z形或I字形。

其中：所述源區(qū)不注入?yún)^(qū)的長(zhǎng)度D1與源區(qū)注入?yún)^(qū)的長(zhǎng)度L比值控制在0.0001～1。

所述源區(qū)電阻區(qū)的長(zhǎng)度L1與接觸孔引出區(qū)的長(zhǎng)度L2比值控制在0.5～10。

所述源區(qū)其接觸孔引出區(qū)的長(zhǎng)度L2在0.5～20μm。

所述源區(qū)電阻區(qū)邊緣與接觸孔邊緣之間的距離D2＞0，且源區(qū)電阻區(qū)邊緣與接觸孔邊緣之間的距離D2和源區(qū)電阻區(qū)邊緣與多晶硅層邊緣之間的間距D3之和控制在0.2～1μm。

本實(shí)用新型對(duì)絕緣柵雙極晶體管正面源區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，源區(qū)沿垂直于導(dǎo)電溝道方向的區(qū)域包括間隔設(shè)置兩個(gè)以上的源區(qū)注入?yún)^(qū)和在相鄰兩源區(qū)注入?yún)^(qū)之間的源區(qū)不注入?yún)^(qū)，使源區(qū)在沿垂直于導(dǎo)電溝道方向的區(qū)域是分塊設(shè)置，因此通過(guò)控制源區(qū)不注入?yún)^(qū)的長(zhǎng)度D1和源區(qū)注入?yún)^(qū)的長(zhǎng)度L來(lái)控制電溝道電流密度，實(shí)現(xiàn)短路電流能力的提高。本實(shí)用新型的源區(qū)包括接觸孔引出區(qū)和源區(qū)電阻區(qū)，由于接觸孔不將所有源區(qū)直接引出，電流經(jīng)源區(qū)注入?yún)^(qū)時(shí)，先經(jīng)兩側(cè)的源區(qū)電阻區(qū)再通過(guò)接觸孔引出區(qū)流出，因此能通過(guò)調(diào)節(jié)源區(qū)電阻區(qū)的源區(qū)電阻區(qū)的長(zhǎng)度L1實(shí)現(xiàn)提高抗閂鎖能力。本實(shí)用新型只需要控制源區(qū)形狀和尺寸，能同時(shí)對(duì)絕緣柵雙極晶體管通態(tài)壓降與短路電流能力及抗閂鎖能力進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)通態(tài)壓降與短路電流能力及抗閂鎖能力的折衷調(diào)整。本實(shí)用新型僅一張?jiān)磪^(qū)注入光刻版，只需要稍微調(diào)整一下源區(qū)注入光刻版的形狀和尺寸，即可實(shí)現(xiàn)通態(tài)壓降和短路電流能力的調(diào)整功能，調(diào)整方便，能降低制造成本。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1是常規(guī)絕緣柵雙極晶體管源區(qū)結(jié)構(gòu)平面示意圖。

圖2是圖1的A-A截面電流剖面示意圖。

圖3是本實(shí)用新型絕緣柵雙極晶體管源區(qū)結(jié)構(gòu)平面示意圖。

圖4是圖3中B-B截面電流剖面示意圖。