[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件的集電極結(jié)構(gòu)及TI-IGBT

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410133404.8
• 申請日: 2014-04-03
• 公開（公告）號: CN104979378B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張文亮;朱陽軍;滕淵
• 申請（專利權(quán)）人: 上海聯(lián)星電子有限公司;中國科學(xué)院微電子研究所;江蘇中科君芯科技有限公司
• 主分類號: H01L29/417
• 分類號: H01L29/417;H01L29/739
• 代理公司: 11227 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王寶筠

本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的集電極結(jié)構(gòu)及TI?IGBT，其中集電極結(jié)構(gòu)包括：與漂移區(qū)的摻雜類型相反的集電區(qū)；與漂移區(qū)的摻雜類型相同的短路區(qū)，短路區(qū)與集電區(qū)相互隔離；形成于集電區(qū)與短路區(qū)背離漂移區(qū)一側(cè)的集電極；覆蓋集電區(qū)與短路區(qū)之間的集電極的絕緣體，絕緣體背離漂移區(qū)一側(cè)的表面與集電區(qū)和短路區(qū)之間的集電極的表面相接觸，朝向漂移區(qū)一側(cè)的表面與漂移區(qū)的表面相接觸，且與集電區(qū)和短路區(qū)均相接觸。由于上述背面結(jié)構(gòu)中從集電區(qū)上方傳輸至短路區(qū)的電子電流的傳導(dǎo)路徑為集電極上方→絕緣體上方→短路區(qū)上方，因此電子傳導(dǎo)路徑的電阻較大，從而用更小尺寸的集電區(qū)就可以完全抑制回跳現(xiàn)象，最終提高了器件的抗短路和功率循環(huán)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種半導(dǎo)體器件的集電極結(jié)構(gòu)及TI-IGBT。

背景技術(shù)

TI-IGBT（Triple Mode Integrate-Insulated Gate Bipolar Transistor，三模式集成絕緣柵型雙極晶體管）是一種將傳統(tǒng)的VDMOS（Vertical Double Diffused MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor，垂直雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵型雙極晶體管）和FRD（FastRecovery Diode，快恢復(fù)二極管）三種器件的結(jié)構(gòu)和功能集成為一體的半導(dǎo)體器件。

以N溝道TI-IGBT為例，TI-IGBT的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：相對的MOS（Metal OxideSemiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體）結(jié)構(gòu)11與集電極結(jié)構(gòu)13，及位于MOS結(jié)構(gòu)11與集電極結(jié)構(gòu)13之間的N^-（N型輕摻雜）漂移區(qū)12。其中，MOS結(jié)構(gòu)11包括：位于漂移區(qū)12表面內(nèi)的P^-（P型輕摻雜）阱區(qū)111和P⁺（P型重摻雜）深阱區(qū)112；位于阱區(qū)111表面內(nèi)的N⁺（Ｎ型重摻雜）發(fā)射區(qū)113；位于阱區(qū)111和發(fā)射區(qū)113上的柵氧化層114；位于柵氧化層114上的柵極G；位于深阱區(qū)112和部分發(fā)射區(qū)113上的發(fā)射極E。集電極結(jié)構(gòu)13包括：位于漂移區(qū)12背離MOS結(jié)構(gòu)11的一側(cè)的N⁺緩沖層131；位于緩沖層131上的P⁺集電區(qū)132和N⁺短路區(qū)133；覆蓋在集電區(qū)132和短路區(qū)133上的集電極C。

從上述結(jié)構(gòu)可知，TI-IGBT的MOS結(jié)構(gòu)11與傳統(tǒng)的VDMOS、IGBT等器件的MOS結(jié)構(gòu)相似，集電極結(jié)構(gòu)13則綜合了VDMOS和IGBT集電極結(jié)構(gòu)的特點，既有N型區(qū)域，又有P型區(qū)域，因此，TI-IGBT具有VDMOS和IGBT各自的優(yōu)點，既有較快的關(guān)斷速度，又有較低的導(dǎo)通壓降。并且，TI-IGBT可以雙向?qū)娏鳎梢栽诤芏嗟膽?yīng)用場合中不必反向并聯(lián)FRD，即TI-IGBT集成有FRD的功能。

TI-IGBT雖然相對于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件具有性能和成本上的諸多優(yōu)勢，但是也存在一些缺點，最主要的就是回跳現(xiàn)象。回跳現(xiàn)象是指在TI-IGBT導(dǎo)通初期，電流密度很小，集電極與發(fā)射極之間的電壓V_CE很大，但當V_CE大于一個特定值V_P時，V_CE會陡降，電流密度則陡增。當多個TI-IGBT芯片并聯(lián)工作時，回跳現(xiàn)象會導(dǎo)致這些芯片無法均流，電流會集中在首先發(fā)生回跳的芯片上，從而會將芯片逐個燒毀。因此，TI-IGBT在設(shè)計時要極力避免回跳現(xiàn)象，否則器件無法正常工作。

傳統(tǒng)TI-IGBT通過增加集電區(qū)132的寬度來消除回跳現(xiàn)象。但是，這種方法會導(dǎo)致器件工作時內(nèi)部電流分布均勻性較差，從而導(dǎo)致器件的的抗短路能力和功率循環(huán)能力較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的集電極結(jié)構(gòu)及TI-IGBT，以在不影響半導(dǎo)體器件的抗短路能力和功率循環(huán)能力的基礎(chǔ)上，減輕器件的回跳現(xiàn)象。