[發明專利]具有超結結構的載流子注入型IGBT

在審

• 申請號: 201610282105.X
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN107331702A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 劉國友;朱利恒;覃榮震;羅海輝;黃建偉;戴小平
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 張文娟,朱繪

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，尤其涉及一種具有超結結構的載流子注入型IGBT。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，簡稱IGBT)作為絕緣柵控制的雙極型器件，其體內的非平衡載流子濃度越高則其電導調制效應越顯著，其電流密度越高。其中以N型襯底的N型IGBT為例，空穴依靠陽極發射結注入，電子依靠陰極溝道注入。受溝道電阻影響，陰極一側電子注入能力受到限制。為增強IGBT陰極的電子注入能力，人們引入載流子存儲層a，其結構簡圖如圖1所示。載流子存儲層a通過在P基區外圍增加N型注入的方法增強陰極一側的載流子濃度，能夠比較明顯的增強IGBT的電導調制能力，提高IGBT的電流密度。

但是現有技術中，由于引入的載流子存儲層a依靠注入摻雜濃度較高的N型雜質實現，但是這些N型雜質會增加該區域附近的電場峰值，降低IGBT元胞的擊穿電壓。為提高陰極載流子注入效果，必須提高N型雜質的摻雜濃度，然而N型雜質濃度過高的話會導致IGBT元胞擊穿電壓的急劇下降。

因此亟需一種新的IGBT元胞結構使在提高載流子存儲層注入的雜質摻雜濃度的同時，又可避免降低IGBT元胞的擊穿電壓。

發明內容

本發明提供一種具有超結結構的載流子注入型IGBT，用以解決現有技術中不能在提高IGBT電流密度的同時，提高擊穿電壓的技術問題。

本發明提供一種具有超結結構的載流子注入型IGBT，包括：

半導體襯底和元胞區；元胞區包括位于半導體襯底表面內的第一基區、第二基區、位于第一基區中的第一源區、位于第二基區中的第二源區和位于第一基區 與第二基區之間且與第一基區、第二基區平行設置的超結結構，其中，超結結構包括交替設置的N型區與P型區；

元胞區還包括第一載流子存儲區和第二載流子存儲區，第一載流子存儲區將第一基區與超結結構、半導體襯底分隔開，第二載流子存儲區將第二基區與超結結構、半導體襯底分隔開。

進一步的，超結結構的N型區與P型區的摻雜濃度相同，且N型區與P型區的個數相同。

進一步的，超結結構的N型區與P型區的摻雜濃度比半導體襯底的摻雜濃度高1到2個量級。

進一步的，超結結構的N型區與P型區的摻雜濃度與第一載流子存儲區、第二載流子存儲區的摻雜濃度相同。

進一步的，當IGBT處于反偏狀態時，超結結構的N型區與P型區相互耗盡，當IGBT的反偏電壓達到額定工作電壓時，超結結構的N型區與P型區均完全耗盡，其中，N型區與P型區耗盡電荷總量相等。

進一步的，元胞區還包括位于半導體襯底表面的氧化層，所述氧化層覆蓋在第一源區與第二源區之間，并覆蓋部分第一源區與部分第二源區。

進一步的，元胞區還包括覆蓋在氧化層上的多晶硅層。

進一步的，元胞區還包括鈍化層和第一金屬層，其中，鈍化層覆蓋在多晶硅層上，并覆蓋部分第一源區與部分第二源區，第一金屬層覆蓋多晶硅層、部分第一源區、部分第二源區、部分第一基區與部分第二基區。

進一步的，上述IGBT還包括位于半導體襯底背面的發射區和覆蓋發射區的第二金屬層。

進一步的，第一源區、第二源區和半導體襯底為第一導電類型的摻雜區，第一基區、第二基區和發射區為第二導電類型的摻雜區，其中，第一導電類型與第二導電類型不相同。

本發明提供的具有超結結構的載流子注入型IGBT，為在引入載流子存儲區的同時不降低IGBT的擊穿電壓，在JFET區域(第一源區與第二源區之間的區域)采用超結結構，引入的N型區與P型區在IGBT承受反向電壓時能相互耗盡，以降低JFET區的電場峰值，提高IGBT的耐壓能力。同時，由于引入了超結結構，載流子存儲區的摻雜濃度能進一步提高，因此能提高IGBT電流密度，從而 獲得更好地提高擊穿電壓與降低導通壓降之間的折中關系。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中：

圖1為現有技術中的IGBT結構示意圖；

圖2為本發明實施例一提供的具有超結結構的載流子增強注入型IGBT的結構示意圖；

圖3為本發明實施例二提供的具有超結結構的載流子增強注入型IGBT的結構示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例繪制。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作進一步說明。

實施例一