[發明專利]具備載流子存儲的平面柵IGBT器件

有效

• 申請號: 201510583542.0
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN105140279B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 賈艷;朱陽軍;盧爍今;陳宏
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心;江蘇中科君芯科技有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;張濤

本發明涉及一種具備載流子存儲的平面柵IGBT器件，其包括具備第一導電類型的漂移區以及形成于漂移區正面的平面型元件單元，所述平面型元件單元包括第二導電類型基區以及位于所述第二導電類型基區下方的載流子存儲層，載流子存儲層的導電類型與漂移區的導電類型相一致，且第二導電類型基區以及載流子存儲層均位于漂移區內的上部，所述平面型元件單元還包括用于對載流子存儲層進行包裹的第二導電類型掩埋層，所述第二導電類型掩埋層在漂移區內鄰接載流子存儲層，且第二導電類型掩埋層僅包裹載流子存儲層拐角處至所述載流子存儲層的底部對應的區域。本發明結構簡單緊湊，提高IGBT器件的擊穿電壓，降低IGBT器件的關斷損耗以及導通壓降。

技術領域

本發明涉及一種IGBT器件，尤其是一種具備載流子存儲的平面柵IGBT器件，屬于平面IGBT的技術領域。

背景技術

IGBT的全稱是Insulated Gate Bipolar Transistor，即絕緣柵雙極晶體管。它兼具MOSFET和晶體管的多項優點，極大的擴展了功率半導體器件的應用領域。作為新型電力半導體器件的主要代表，IGBT被廣泛用于工業、信息、新能源、醫學、交通、軍事和航空領域。

由于平面柵IGBT器件相比于溝槽柵IGBT器件具有優越的可靠性，平面柵IGBT在具有較高可靠性要求的領域得到了大規模的應用。在平面柵IGBT器件中，具有載流子存儲層的平面柵IGBT，由于載流子存儲層的存在，與N型漂移區形成了NN-的空穴勢壘，可以阻擋空穴進入P阱區，同時又可以增強電子的注入，使IGBT器件靠近發射極側的N型漂移區的載流子濃度大大的提高，優化了器件的載流子分布，從而提高了N型漂移區的電導調制效應，使得IGBT可以獲得更低的導通壓降。隨著N型載流子存儲層的摻雜濃度的增大，IGBT的導通壓降會隨之降低，但是，IGBT器件的擊穿電壓會顯著的降低，并且N型載流子存儲層的摻雜濃度越高，器件的擊穿電壓會急劇降低。因此，N型載流子存儲層的摻雜濃度對器件擊穿電壓的影響限制了具有載流子存儲平面柵的正向導通壓降和擊穿電壓的優化折衷。

為了抑制N型載流子存儲層摻雜濃度對器件擊穿電壓的不利影響，進一步提升具有載流子存儲層的平面柵IGBT的性能，現有一種技術，即在N型載流子存儲層的外面完全包裹一層N型掩埋層，具體結構如圖1所示。圖1中，在漂移區4內具有基區9、載流子存儲層10以及掩埋層11，對于N型平面柵IGBT器件而言，漂移區4、載流子存儲層10均為N導電類型，P型基區9以及P型掩埋層11均為P導電類型。在P型基區9內設有對稱分布的N+源區8，載流子存儲層10與P型基區9的形狀相適應，載流子存儲層10形成包圍P型基區9的結構，P型掩埋層11與載流子存儲層10的形狀相一致，P型掩埋層11包圍載流子存儲層10。在漂移區4的正面上還設有柵極氧化層5以及位于所述柵極氧化層5上的柵電極6，漂移區4的正面上還設有與N+源區8以及P型基區9歐姆接觸的發射極金屬層7。在漂移區4的背面設置N+電場阻止層3，在N+電場阻止層3上設有P+集電區2，在P+集電區2上設置歐姆接觸的集電極金屬層1。

具體地，通過P型掩埋層11引入的附加PN結和電荷的電場調制作用，屏蔽了高摻雜N型載流子存儲層10對器件擊穿電壓的不利影響，可以使器件獲得高的擊穿電壓，從而使器件獲得更好的正向導通壓降和擊穿電壓的優化折衷。

此外，在N型載流子存儲層10的外面完全包裹一層P型掩埋層11，會使在N型載流子存儲層10側面包裹的P型掩埋層11和相鄰的N-漂移區4形成了PNP結構，從而引入了JFET效應，由于N-漂移區4的摻雜濃度比P型掩埋層11的摻雜濃度低，所以耗盡區會更多的向N型漂移區4側延伸，形成了對電流通路的一種夾斷，即所謂的“頸”效應，從而降低了該區域的電流密度，增大了該區域的電阻，增大了器件的導通壓降。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種具備載流子存儲的平面柵IGBT器件，其結構簡單緊湊，提高IGBT器件的擊穿電壓，降低IGBT器件的關斷損耗以及導通壓降。