[發(fā)明專利]一種含有異質(zhì)結(jié)的超結(jié)IGBT

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710480441.X
• 申請(qǐng)日: 2017-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN107275383B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃銘敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/739
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種超結(jié)IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）器件，在超結(jié)耐壓層中有至少一個(gè)第一導(dǎo)電類型的第一種半導(dǎo)體區(qū)和至少一個(gè)第二導(dǎo)電類型的第二種半導(dǎo)體區(qū)，所述第二種半導(dǎo)體區(qū)具有比第一種半導(dǎo)體區(qū)更高的禁帶寬度和臨界擊穿電場，因而所述的第二種半導(dǎo)體區(qū)比所述第一種半導(dǎo)體區(qū)更不易發(fā)生擊穿；當(dāng)所述第二導(dǎo)電類型的第二種半導(dǎo)體區(qū)與基區(qū)直接接觸形成異質(zhì)結(jié)時(shí)，或是當(dāng)所述第二導(dǎo)電類型的第二種半導(dǎo)體區(qū)不與基區(qū)直接接觸而是通過一個(gè)二極管與發(fā)射極連接時(shí)，體內(nèi)載流子存儲(chǔ)效應(yīng)可以得到提高。與傳統(tǒng)超結(jié)IGBT器件相比，本發(fā)明的超結(jié)IGBT器件可以獲得更低的導(dǎo)通壓降，并且其擊穿電壓更不容易受電荷非平衡的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件，特別是半導(dǎo)體功率器件。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是一種應(yīng)用廣泛的功率器件。超結(jié)是n柱區(qū)/p柱區(qū)交替排列的耐壓結(jié)構(gòu)，它可以使n柱區(qū)與p柱區(qū)在較高的摻雜濃度情形下仍可獲得較高的擊穿電壓。當(dāng)超結(jié)應(yīng)用到IGBT中時(shí)(即超結(jié)IGBT)，在關(guān)斷過程中，n柱區(qū)/p柱區(qū)形成的pn結(jié)可以快速耗盡，因而超結(jié)IGBT可獲得比傳統(tǒng)IGBT更快的關(guān)斷速度(或更低的關(guān)斷功耗)。然而，由于n柱區(qū)/p柱區(qū)形成的pn結(jié)的面積很大，從p型集電區(qū)注入到n柱區(qū)的少子空穴很容易被p柱區(qū)收集，進(jìn)入p型基區(qū)，并流入發(fā)射極，因而少子空穴在耐壓區(qū)中的存儲(chǔ)效果比較弱，這會(huì)增加導(dǎo)通壓降。另外，超結(jié)通常需要滿足電荷平衡條件，即n柱區(qū)中的有效施主電荷總數(shù)與p柱區(qū)中的有效受主電荷總數(shù)相等。當(dāng)超結(jié)處于電荷非平衡時(shí)，擊穿電壓會(huì)受到比較大的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種含有異質(zhì)結(jié)的超結(jié)IGBT器件，相比于傳統(tǒng)超結(jié)IGBT，本發(fā)明提供的超結(jié)IGBT器件在耐壓區(qū)中的少數(shù)載流子存儲(chǔ)效應(yīng)更強(qiáng)，導(dǎo)通壓降更低，而且擊穿電壓也更不容易受電荷非平衡的影響。

本發(fā)明提供一種超結(jié)絕緣柵雙極型晶體管器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括：耐壓層(由31和41構(gòu)成)，與所述耐壓層(由31和41構(gòu)成)的一面相接觸的集電結(jié)構(gòu)(由10和20構(gòu)成)，與所述耐壓層(由31和41構(gòu)成)的另一面相接觸的第二導(dǎo)電類型的基區(qū)50，與所述基區(qū)50至少有部分接觸的重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的發(fā)射區(qū)51，與所述發(fā)射區(qū)51、所述基區(qū)50以及所述耐壓層(由31和41構(gòu)成)均接觸的柵極結(jié)構(gòu)(由60和52構(gòu)成)，覆蓋于所述集電結(jié)構(gòu)(由10和20構(gòu)成)的導(dǎo)體1形成的集電極C，覆蓋于與所述發(fā)射區(qū)41及所述基區(qū)50的導(dǎo)體2形成的發(fā)射極E，覆蓋于所述柵極結(jié)構(gòu)(由60和52構(gòu)成)的導(dǎo)體3形成的柵極G，其特征在于：

所述集電結(jié)構(gòu)(由10和20構(gòu)成)由至少一個(gè)第二導(dǎo)電類型的集電區(qū)10與至少一個(gè)第一導(dǎo)電類型的緩沖區(qū)20構(gòu)成，所述緩沖區(qū)20的一面與所述集電區(qū)10的一面直接接觸，所述緩沖區(qū)20的另一面與所述耐壓層(由31和41構(gòu)成)相接觸，所述集電區(qū)10的另一面與所述集電極C直接接觸；

所述耐壓層(由31和41構(gòu)成)由至少一個(gè)第一導(dǎo)電類型的第一種半導(dǎo)體區(qū)31與至少一個(gè)第二導(dǎo)電類型的第二種半導(dǎo)體區(qū)41構(gòu)成，所述耐壓層中的第一導(dǎo)電類型的第一種半導(dǎo)體區(qū)31與所述耐壓層中的第二導(dǎo)電類型的第二種半導(dǎo)體區(qū)41相接觸，其形成的接觸面垂直或近似垂直于所述緩沖區(qū)20和所述基區(qū)50，或其形成的接觸面垂直或近似垂直于所述緩沖區(qū)20和所述柵極結(jié)構(gòu)(由60和52構(gòu)成)，或其形成的接觸面垂直或近似垂直于所述緩沖區(qū)20和所述基區(qū)50和所述柵極結(jié)構(gòu)(由60和52構(gòu)成)；所述第一種半導(dǎo)體區(qū)31是由第一種半導(dǎo)體材料構(gòu)成，所述第二種半導(dǎo)體區(qū)41是由第二種半導(dǎo)體材料構(gòu)成，所述第二種半導(dǎo)體材料具有比所述第一種半導(dǎo)體材料更高的禁帶寬度和更高的臨界擊穿電場；

所述耐壓層(由31和41構(gòu)成)與所述緩沖區(qū)20是直接接觸或是通過一個(gè)第一導(dǎo)電類型的輔助層21間接接觸；

所述集電區(qū)10、所述緩沖區(qū)20、所述基區(qū)50、所述發(fā)射區(qū)51以及所述輔助層21是由第一種半導(dǎo)體材料構(gòu)成；