[發明專利]一種槽柵雙極型晶體管

在審

• 申請號: 201710082601.5
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106783990A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 許曉銳;陳萬軍;劉超;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;H01L29/40;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

本發明屬于半導體技術領域，具體的說涉及一種槽柵雙極型晶體管(Trench Insulated Gate Bipolar Transisitor，簡稱：GFP-IGBT)。

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(Insulated Gate Bipolar Transistor，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。

發明內容

本發明所要解決的，就是針對上述問題，提出一種新的槽柵型IGBT結構(可稱為GFP-IGBT)，優化了IGBT導通壓降和關斷損耗的折中關系。

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1所示，包括集電極結構、漂移區結構、發射極結構和溝槽結構；所述集電極結構包括P+集電極區10和位于P+集電極區10下表面的金屬化集電極11；所述漂移區結構包括N+緩存層9和位于N+緩存層9上表面的N-漂移區層1，所述N+緩存層9位于P+集電極區10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和金屬化發射極8，所述發射極結構位于N-漂移區層1的上層；所述N+發射區6位于器件元胞上表面的兩端，P+接觸區7與N+發射區6并列設置，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；所述溝槽結構由柵氧化層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，所述的P型基區2為兩塊分離的微型區域，分別位于兩側的P+接觸區7與N+發射區6下表面；所述溝槽結構包括溝槽柵結構和溝槽場板結構，溝槽柵結構位于發射極結構的兩側，其側面與N+發射區6、P型基區2、N-漂移區層1接觸；溝槽場板結構位于兩塊分離的P型基區之間，其側面只與N-漂移區層1接觸，且溝槽柵結構和溝槽場板結構沿器件橫向方向依次交替排列。

本發明總的技術方案，主要有兩點，一是將如圖2所示的常規絕緣柵雙極管的P型基區結構進行改進，即把圖1所示的常規IGBT的P型基區變為兩塊分離的微P型基區，微P型基區的結深和橫向長度根據實際器件性能要求設計，但不與溝槽場板結構接觸；二是加入溝槽場板結構，所述的溝槽場板結構其寬度和深度根據實際器件性能要求設計。本發明有用與當前商業IGBT相兼容的工藝流程。

本發明的有益效果為，通過提出新結構槽柵雙極型晶體管(GFP-IGBT)，在不改變器件參數的前提下，優化了IGBT導通壓降和關斷損耗之間的折中關系，降低了功率損耗。

附圖說明

圖1是本發明的GFP-IGBT結構示意圖；

圖2是常規的IGBT結構示意圖；

圖3是常規的IGBT與本發明提供的GFP-IGBT的閾值電壓比較圖；

圖4是常規的IGBT與本發明提供的GFP-IGBT的導通壓降比較圖；

圖5是常規的IGBT與本發明提供的GFP-IGBT在相同集電極濃度下的關斷特性比較圖；

圖6是常規的IGBT與本發明提供的GFP-IGBT在相同導通壓降下的關斷特性比較圖；

圖7是常規的IGBT與本發明提供的GFP-IGBT的折中曲線比較圖。

具體實施方式

下面結合附圖，詳細描述本發明的技術方案：

本發明提出的一種具有顯著注入增強效果的槽柵雙極型晶體管，結構示意圖如圖1，優化了IGBT導通壓降和關斷損耗之間的折中關系，降低了功率損耗。本發明的主要方案是適當縮小P型基區成為兩塊分離的區域，并在分離P型基區之間插入溝槽場板結構。使得溝槽結構能更多的與N-漂移區層接觸，形成積累層，從而提高發射極一側的載流子濃度，獲得低導通壓降。并且，縮小P型基區也可以減少反偏PN結對N漂移區中空穴的抽取，對降低導通壓降起輔助作用。