[發明專利]一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管

有效

• 申請號: 201611094731.2
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106601800B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 王穎;劉彥娟;于成浩;曹菲
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

本發明提出了一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管,包括N?型電壓阻擋層、P型溝道區、P+歐姆接觸區、N+發射區、P?集電區、P+集電極區、N+襯底層以及溝槽柵極、柵氧介質層；其中，所述N?型電壓阻擋層和P型溝道區之間還存在一層N型電流增強層，所述的N?型電壓阻擋層與P型集電區之間存在一層N型緩沖層。該新結構背部具有一個由N?型電壓阻擋層、P?集電區和N+襯底層組成的NPN晶體管，該NPN晶體管在器件關斷過程中為N?型電壓阻擋層內存儲的過量電子提供一個快速抽取的通道，減小器件的關斷時間，從而減小器件的關斷損耗，進而改善器件的通態壓降與關斷損耗之間的折衷關系。

技術領域

本發明涉及絕緣柵雙極型晶體管器件,尤其是溝槽絕緣柵雙極型晶體管。

背景技術

IGBTs是由MOSFET和BJT組成的復合管，它融合了MOSFET和BJT這兩種器件的優點，是一種理想的開關器件。而SiC優異的材料特性，例如3倍寬的禁帶寬度，10倍高的臨界場強，3倍大的熱導率以及2倍高的載流子飽和速度，使得SiC基的半導體器件被廣泛的應用到高溫、高壓、大功率等應用中。此外，由于單極器件的特征導通電阻與其擊穿電壓的2.5次方成正比，SiC MOSFETs器件不適合應用在擊穿電壓10kV的領域。由于電導調制效應的存在，SiC IGBTs的特征導通電阻不再隨擊穿電壓的增加而變化明顯。與相同耐壓的SiC MOSFETs器件相比，具有較低的特征導通電阻，適合應用于耐壓10kV的領域，例如智能電網，高壓直流輸電系統等電力電子系統。

然而，由于正向導通時電導調制效應的存在，盡管能降低器件的通態壓降，但是同時又在漂移區中存儲了大量的電子空穴對。關斷時，這些存儲在漂移區內的過量載流子需要一定的時間才能完全抽取和復合，會使得器件出現較長的電流拖尾，導致器件的關斷損耗增加。正向導通時的電導調制效應越強，器件的通態壓降越小，相應地關斷損耗也越大。如何改善SiC IGBTs器件的導通壓降與關斷損耗之間的折衷關系，一直是業界的研究方向之一。

圖1是現有的溝槽絕緣柵雙極性晶體管結構示意圖。

發明內容

本發明針對現有SiC IGBTs技術中的不足，提出了一種新的器件結構，該結構在其背部的集電極區集成一個NPN晶體管，在關斷時為漂移區內的過量的電子提供一個抽取通道，從而加快電子的抽取速度進而減小器件的關斷損耗。該結構的另一個特征就是高電阻率的P+集電區是位于N+襯底層上面，其厚度較薄，減小普通器件的厚的P+集電區對器件正向導通時的通態壓降的影響。背部NPN晶體管的存在使得器件的關斷損耗較低，改善器件的導通壓降與關斷損耗之間的折衷關系。

實現本發明目的技術方案：

一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管，N-型電壓阻擋層上依次設有N型電流增強層、P型溝道區、由柵氧介質層和多晶硅柵電極構成的溝槽結構；所述的多晶硅柵電極通過柵氧介質層與所述的N+發射區、P型溝道區、N-型電壓阻擋層相隔離；P+歐姆接觸區和N+發射區設置在P型溝道區上；溝槽結構下面設有P+電場屏蔽區；N型緩沖層設置在N-型電壓阻擋層下方，P-集電區、P+集電區設置在N型緩沖層下方，N+襯底層設置在P-集電區的下方，發射極電極位于P+歐姆接觸區和N+發射區上面，并與P+歐姆接觸區和N+發射區連接；所述集電極電極位于器件的底部，與N+襯底層和P+集電區相連接。

所述的N-型電壓阻擋層的摻雜濃度為10¹⁴數量級，厚度大于100μm；

所述的P-集電區的摻雜濃度在10¹⁷～10¹⁸數量級之間，厚度在幾微米至十幾微米之間；

所述的N型緩沖的摻雜濃度要比N-型電壓阻擋層的摻雜濃度高，在10¹⁶～10¹⁷數量級，厚度為幾微米至幾十微米之間；