[發明專利]一種槽柵雙極型晶體管

在審

• 申請號: 201510788233.7
• 申請日: 2015-11-16
• 公開（公告）號: CN105355655A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 陳萬軍;劉超;婁倫飛;唐血鋒;程武;古云飛;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/10
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明屬于功率半導體器件技術領域，具體的說涉及一種槽柵雙極型晶體管(TrenchInsulatedGateBipolarTransisitor，簡稱：TIGBT)。

背景技術

高壓功率半導體器件是功率電子的重要組成部分，在諸如動力系統中的電機驅動，消費電子中變頻等領域具有廣泛的應用。在應用中，高壓功率半導體器件需要具有低導通功耗，大導通電流，高電壓阻斷能力，柵驅動簡單，低開關損耗等特性。絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGateBipolarTransistor，簡稱：IGBT)由于其在中高壓電力電子領域中展現出優越的性能而得到廣泛的應用。但是，IGBT作為一種雙極型器件，其關鍵參數導通壓降與關斷損耗之間存在折中關系，如何優化這折中關系成為提高IGBT性能的關鍵。H.Takahashi等人在ISPSD`96proceedings上首次提出了一種新的槽柵型IGBT結構—CSTBT結構。該結構通過在槽柵型IGBT的P型基區與N-漂移區之間添加一層濃度較高的N+載流子儲存層，可以使導通態下的器件的漂移區載流子的濃度提高，進而在不影響關斷特性的情況下降低器件的導通壓降。此種產品已由日本三菱公司商業化生產，并成為第五代IGBT器件的典型代表。但是，由于載流子存儲層的加入，槽柵邊緣處的電勢曲率半徑將大幅度增加，這將導致該處的發生電場集中，器件在槽柵邊緣容易產生提前擊穿的問題。

發明內容

本發明所要解決的，就是針對上述問題，提出具有電場調制槽柵雙極型晶體管(可稱為FM-TIGBT),降低了傳統TIGBT導通壓降，并解決了CSTBT傳統槽柵邊緣電場過高，容易擊穿的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種槽柵雙極型晶體管，如圖2所示，包括集電極結構、漂移區結構、發射極結構和槽柵結構；所述集電極結構包括P+集電極區12和位于P+集電極區12下表面的金屬化集電極13；所述漂移區結構包括N+緩存層11和位于N+緩存層11上表面的N-漂移區層1，所述N+緩存層11位于P+集電極區12的上表面；所述發射極結構包括P型基區2、P+接觸區7、N+發射區6、金屬化發射極8和N+載流子存儲層，所述發射極結構位于N-漂移區層1的上層，所述N+載流子存儲層位于P型基區2與N-漂移區層1之間，所述N+發射區6位于P型基區2上表面的兩端，且P+接觸區7位于兩端的N+發射區6之間，所述金屬化發射極8位于P+接觸區7和N+發射區6的上表面；所述槽柵結構由柵氧化層3、多晶硅柵4和金屬化柵極5構成，所述柵氧化層3位于發射極結構的兩側，并沿器件垂直方向延伸入N-漂移區層1中形成溝槽，所述柵氧化層3的側面與P型基區2、N+發射區6和N+載流子存儲層接觸，所述多晶硅柵4位于溝槽中，所述金屬化柵極5位于多晶硅柵4的上表面；其特征在于，所述N+載流子存儲層中具有多個P+條10，所述P+條10的上表面與P型基區2的下表面接觸，并沿器件垂直方向貫穿N+載流子存儲層將N+載流子存儲層分為多個N+條9，所述P+條10與N+條9沿器件橫向方向依次交替排列。

本發明總的技術方案，主要是將如圖1所示的常規載流子儲存槽柵雙極型晶體管的P型基區結構進行改進，即在圖1所示的常規CSTBT的P型基區2下添加數個與P型基區2接觸的P+條10；P+條10均勻分布于N+載流子存儲層9中且其長度方向平行于整個器件的寬度方向。這樣，由均勻分布于N+載流子存儲層9中的P+條10與原P型基區2一起構成了新的P型基區。P+條10由離子注入及高溫推結工藝形成，其數目、摻雜濃度、長寬尺寸以及相鄰兩條P+條10之間的間距根據實際器件性能要求設計。

本發明的有益效果為，本發明提供的電場調制槽柵雙極型晶體管(FM-TIGBT)，在保持常規CSTBT低導通壓降的優勢下，通過對柵極及基區電場的調制提高器件的耐壓，同時也提高了器件的關斷速度，降低器件的開關損耗，具有高耐壓、大電流、低功耗的優點。相比于在柵極表面擊穿的CSTBT，所述器件的擊穿方式為雪崩擊穿，器件具有更高的可靠性。

附圖說明

圖1是常規的TIGBT結構示意圖；

圖2是常規的CSTBT結構示意圖；

圖3是本發明的FM-TIGBT結構示意圖；

圖4是常規的CSTBT與本發明提供的FM-TIGBT的等勢線比較圖；

其中,圖4(a)為本發明的FM-TIGBT的電場等勢線分布示意圖，圖4(b)為常規的CSTBT電場等勢線分布示意圖；