[發明專利]具有不連續P型基區的溝槽雙極型晶體管

有效

• 申請號: 201410185538.4
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN103928509A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 李宇柱
• 申請（專利權）人: 常州中明半導體技術有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高桂珍

技術領域

本發明屬于功率半導體器件技術領域，涉及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，尤其涉及溝槽雙極型晶體管(Trench?IGBT)。

背景技術

電能轉換是現代化工業生產的基礎和實施節能減排的主要途徑，因此市場對電能轉換系統的需求很大而且將持續增加。電能轉換的傳統器件是BJT和GTO等芯片，這些芯片的優點是功率大，但是速度慢、能耗大、控制復雜、安全工作區受限，不符合信息化和節能減排的發展潮流。20世紀80年代發明的IGBT結合了大功率和易控制的優點，而且無論在導通狀態還是短路狀態都可以承受電流沖擊，它的并聯和串聯也很容易，因此IGBT成為劃時代的發明。

自問世以來，IGBT技術不斷推陳出新，經歷了PT(穿通)結構，NPT(非穿通)結構和FS(場終止)結構等幾次升級換代，芯片性能大大提高。柵結構也從Planar(平面型)升級到了Trench(溝槽型)結構。

本世紀初，英飛凌公司推出了第一款Trench-FS?IGBT，其結構如圖1和圖2所示(為了避免圖形重疊，圖1中沒有畫出多晶硅柵和N+發射區等區域，這些區域可以在縱向剖面結構圖中看到)。其主要特征為，用Trench柵結構把P型基區包圍，把P型基區和側面的N-漂移區隔開，提高了器件正面的載流子濃度，降低了器件的正向飽和壓降。

發明內容

本發明的目的是進一步提高晶體管器件頂部的載流子濃度，獲得更低的正向飽和壓降，為此，本發明提供一種具有不連續P型基區的溝槽雙極型晶體管，在傳統的Trench-FS?IGBT結構的基礎上，把trench柵結構所包圍的P型基區再次分割成各自獨立的區域，從而進一步提高器件頂部的載流子濃度，獲得更低的正向飽和壓降。

本發明的技術方案如下：

具有不連續P型基區的溝槽雙極型晶體管，包括背面的金屬集電極、P型集電極、N型場終止層和N-漂移區，晶體管頂部具有溝槽柵結構，溝槽柵結構由相互接觸的多晶硅柵電極和柵氧化層組成，多晶硅柵電極和柵氧化層從溝槽中延伸出來，覆蓋住頂部一側的N-漂移區，在N-漂移區的另一側頂部，還包括P型基區，P型基區中具有N+反射區和P+接觸區，金屬發射極同時接觸N+反射區和P+接觸區。所述P型基區是不連續的，即所述溝槽柵結構所包圍的P型基區沿溝槽的延伸方向被N-漂移區分割成不連續的區域。

作為本發明的進一步改進，所述多晶硅柵電極和柵氧化層從溝槽中延伸出來，還覆蓋住所述不連續區域頂部的N-漂移區。

作為本發明的進一步改進，所述的不連續P型基區的寬度和間隔距離根據設計要求確定。

作為本發明的進一步改進，所述的溝槽柵結構所包圍的區域形狀是條形、圓形、方形或者多邊形。

本發明的有益效果如下：

本發明在傳統的Trench-FS?IGBT基礎上，用漂移區把P型基區分割成不連續的區域，進一步提高了器件頂部的載流子濃度，降低了正向飽和壓降。同時由于P型基區和漂移區是周期性間隔排列的，P型基區可以屏蔽漂移區中的電場，因此對器件的耐壓值基本毫無影響。

附圖說明

圖1是現有技術中的Trench-FS?IGBT版圖；

圖2是圖1中對應的A-A’單元連線的縱向剖面結構；

圖3是本發明具有不連續P型基區的溝槽雙極型晶體管的版圖；

圖4是圖3中對應的A-A’單元連線的縱向剖面結構；

圖5是圖3中對應的B-B’單元連線的縱向剖面結構；

圖6是本發明的一種變型結構的版圖；

圖7是圖6中對應的A-A’單元連線的縱向剖面結構；

圖8是圖6中對應的B-B’單元連線的縱向剖面結構。

圖中：1、金屬發射極；2、N+反射區；3、多晶硅柵電極；4、P+接觸區；5、P型基區；6、柵氧化層；7、N-漂移區；8、N型場終止層；9、P型集電極；10、金屬集電極；11、溝槽。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明，為了避免圖形重疊，圖1、圖3和圖6中沒有畫出多晶硅柵和N+發射區等區域，這些區域可以在縱向剖面結構圖中看到。

實施例一：