[發明專利]一種注入增強型絕緣柵雙極型晶體管

有效

• 申請號: 201410614629.5
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104332496B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 胡強;王思亮;張世勇
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L29/08;H01L29/423
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙)51211
• 代理人: 蘇丹

技術領域

本發明涉及功率半導體器件領域，主要是一種注入增強型絕緣柵雙極型晶體管。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管廣泛應用于電力電子行業的核心控制領域，溝槽柵是該類產品的核心技術之一，其主要目的可以實現更大的電流密度和更小的導通壓降，從而減小器件尺寸并降低功耗。傳統的絕緣柵雙極型晶體管在制造正面結構時（溝槽柵一面），通常采用元胞區全覆蓋的方式，該方式將導致器件在工作時空穴迅速溢出發射極，降低溝槽附近的區域載流子濃度較低，使得導通壓降的降低受到限制。

現有技術中對雙極型晶體管結構也進行了改進，如專利號為CN200920192176.6，申請日為2009-08-31，名稱為“絕緣柵雙極型晶體管”的實用新型專利，其技術方案為：本實用新型絕緣柵雙極型晶體管，其包括在N-襯底表面進行低濃度的N-離子注入形成的襯底，形成在襯底表面的柵極氧化層，淀積在柵極氧化層上的多晶硅柵極，形成在柵極氧化層與N-襯底之間的p+阱區及位于p+阱區與柵極氧化層之間的N+阱區，位于N-襯底下方的背面注入區，位于注入區下方的集電極及位于柵極氧化層上方的發射極，在柵極氧化層下方的N-型襯底上增加了一個濃P型阱區；

再如專利申請號為CN201210333321.4，申請日為2012-09-11，名稱為“一種集電極終端具有介質層的絕緣柵雙極型晶體管”的發明專利，其技術方案為：一種集電極終端具有介質層的絕緣柵雙極型晶體管，屬于功率半導體器件和功率集成電路技術領域。本發明在傳統的絕緣柵雙極型晶體管結構的基礎上，在器件終端集電極區域引入一層連續或不連續的介質層。

上述專利中， CN200920192176.6 的柵極為平面型， CN201210333321.4的創新在于背面，即在集電極的終端對應位置引入一層介質層，而正面結構（溝槽柵一面）仍然為傳統結構，所以仍然存在導通過程中的載流子濃度較低的問題 。

發明內容

為解決現有的雙極型晶體管的導通壓降的降低受到限制，現在提出一種條紋狀周期分離性元胞結構，發射極對應形成分離狀，使得空穴在發射極未形成覆蓋的區域發生積累效應，從而提高溝槽附近區域的載流子濃度，進一步降低導通壓降的一種注入增強型絕緣柵雙極型晶體管。

一種注入增強型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于：包括p型集電極，所述p型集電極上設置有載流子擴散層，在所述載流子擴散層上縱向設置有多根溝槽，所述載流子擴散層上橫向設置有多排p型混合區，每排p型混合區包括多個獨立的p型活性區和p型非活性區，各區塊之間被所述溝槽隔開；所述每排p型混合區上的p型活性區和p型非活性區間隔設置，并且相鄰排上同一列上的p型活性區和p型非活性區間隔設置，所述每個p型活性區上設置有n型發射極，所述n型發射極呈H型。

所述p型集電極和載流子擴散層之間設置有場截至層。

所述場截止層為重摻n型層。

所述載流子擴散層為輕摻n型層；所述n型發射極為重摻n型層。

所述每排p型混合區的橫向寬度為2um-20um，縱向寬度為2um-40um深度為2um-8um。

所述溝槽長度方向與p型混合區的長度方向垂直。

所述溝槽包括有呈U型的薄層絕緣層，所述薄層絕緣層內為n型填充多晶硅。

所述薄層絕緣層包括氧化硅和氮化硅。

所述n型填充多晶硅內摻雜有磷或砷。

所述溝槽的寬度為0.5um-2um，深度為2um-8um，相鄰溝槽之間的間距為2um-8um。

所述H型的n型發射極兩側邊依靠有所述薄層絕緣層，所述兩側邊的寬度分別為0.5um-3um，所述H型兩側邊之間的寬度為0.5um-8um，所述H型的深度為0.1um-1um。

所述p型活性區的摻雜雜質為硼，深度為2um-8um。

所述p型非活性區的摻雜雜質為硼，深度為2um-8um。

所述p型集電極的摻雜雜質為硼，深度為0.1um-2um。

所述場截至層摻雜雜質包括磷、硒、質子、硫、砷或者缺陷摻雜，深度為2um-20um。

所述輕摻n型區摻雜為磷或砷，采用氣摻或中照硅片。

所述p型非活性區或/和p型活性區內設置有p型發射極。

所述p型發射極為重摻p型層。

本申請的優點在于：

1、本申請的雙極型晶體管中設置有條紋狀周期分離性元胞結構，發射極對應形成分離狀，使得空穴在發射極未形成覆蓋的區域發生積累效應，從而提高溝槽附近區域的載流子濃度，進一步降低導通壓降。