[發(fā)明專利]一種具有載流子存儲效應的超結IGBT

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711445708.8
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108198851B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設計）人: 黃銘敏
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/08;H01L29/10;H01L29/423;H01L29/739
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1.一種超結絕緣柵雙極型晶體管器件，其元胞結構包括：耐壓層，與所述耐壓層的一面相接觸的集電結構，與所述耐壓層的另一面相接觸的第二導電類型的基區(qū)，與所述基區(qū)至少有部分接觸的重摻雜的第一導電類型的發(fā)射區(qū)，與所述發(fā)射區(qū)、所述基區(qū)以及所述耐壓層均接觸的用于控制器件導通與關斷的柵極結構，覆蓋于所述集電結構的導體形成的集電極，覆蓋于所述發(fā)射區(qū)和所述基區(qū)的導體形成的發(fā)射極，覆蓋于所述用于控制器件導通與關斷的柵極結構的導體形成的柵極，其特征在于：

所述被發(fā)射極覆蓋的基區(qū)至少有部分是重摻雜的第二導電類型的半導體區(qū)，以便形成歐姆接觸；

所述集電結構由至少一個第二導電類型的集電區(qū)與至少一個第一導電類型的緩沖區(qū)構成，所述緩沖區(qū)與所述耐壓層相接觸，所述集電區(qū)與所述集電極直接接觸；

所述耐壓層由至少一個第一導電類型的半導體區(qū)與至少一個第二導電類型的半導體區(qū)構成，所述耐壓層中的第一導電類型的半導體區(qū)與所述耐壓層中的第二導電類型的半導體區(qū)相互接觸，其形成的接觸面垂直或近似垂直于所述緩沖區(qū)頂部平面，并垂直或近似垂直于所述基區(qū)和所述柵極結構的底部平面；

所述耐壓層與所述緩沖區(qū)是直接接觸，或是通過一個第一導電類型的輔助層間接接觸；

所述用于控制器件導通與關斷的柵極結構包括至少一個絕緣介質層和至少一個導體區(qū)，所述絕緣介質層與所述發(fā)射區(qū)、所述基區(qū)以及所述耐壓層均直接接觸；所述導體區(qū)與所述絕緣介質層直接接觸，并通過所述絕緣介質層與所述發(fā)射區(qū)、所述基區(qū)以及所述耐壓層相隔離，所述導體區(qū)與所述柵極直接接觸；

所述耐壓層中的第二導電類型的半導體區(qū)不與所述基區(qū)直接接觸，而是通過所述用于控制器件導通與關斷的柵極結構與所述基區(qū)相隔離，或是通過所述用于控制器件導通與關斷的柵極結構以及連接發(fā)射極的槽型柵極結構與所述基區(qū)相隔離；

所述連接發(fā)射極的槽型柵極結構包括至少一個絕緣介質層和至少一個導體區(qū)，所述絕緣介質層與所述基區(qū)以及所述耐壓層均直接接觸，而與所述發(fā)射區(qū)直接接觸或不直接接觸；所述導體區(qū)與所述絕緣介質層直接接觸，并通過所述絕緣介質層與所述基區(qū)以及所述耐壓層相隔離，所述導體區(qū)之上覆蓋有一導體，所述導體通過導線與所述發(fā)射極相連接；

所述絕緣介質層是由絕緣介質材料構成，所述柵極結構中的導體區(qū)是由重摻雜的多晶半導體材料或/和金屬材料構成；

所述耐壓層中的第二導電類型的半導體區(qū)與所述發(fā)射極之間通過一個基極開路的雙極型晶體管相連接；所述基極開路的雙極型晶體管由所述耐壓層中的第二導電類型的半導體區(qū)，一個第一導電類型的半導體區(qū)，以及一個重摻雜的第二導電類型的半導體區(qū)構成；所述第一導電類型的半導體區(qū)與所述耐壓層中的第二導電類型的半導體區(qū)和所述重摻雜的第二導電類型的半導體區(qū)均直接接觸，并將所述耐壓層中的第二導電類型的半導體區(qū)與所述重摻雜的第二導電類型的半導體區(qū)相隔離；所述基極開路的雙極型晶體管通過所述用于控制器件導通與關斷的柵極結構與所述基區(qū)相隔離，或通過所述用于控制器件導通與關斷的柵極結構以及所述連接發(fā)射極的槽型柵極結構與所述基區(qū)相隔離；所述連接發(fā)射極的槽型柵極結構以及所述用于控制器件導通與關斷的柵極結構與所述耐壓層中的第二導電類型的半導體區(qū)、所述第一導電類型的半導體區(qū)以及所述重摻雜的第二導電類型的半導體區(qū)均直接接觸，從而也構成了一個襯底浮空的金屬-絕緣體-半導體場效應晶體管結構；所述重摻雜的第二導電類型的半導體區(qū)之上覆蓋有一個導體形成歐姆接觸，所述導體通過導線與所述發(fā)射極相連；

所述超結絕緣柵雙極型晶體管器件的元胞形狀是條形或六角形或矩形，所述耐壓層中的第一導電類型的半導體區(qū)和第二導電類型的半導體區(qū)的排列方式是條形或六角形或圓形或矩形；所述第一導電類型為N型時，所述的第二導電類型為P型；所述第一導電類型為P型時，所述的第二導電類型為N型。

2.如權利要求1所述的一種超結絕緣柵雙極型晶體管器件，其特征在于：

所述耐壓層中的第一導電類型的半導體區(qū)與所述基區(qū)是直接接觸，或是通過一個第一導電類型的載流子存儲層相接觸；所述載流子存儲層的最高摻雜濃度高于所述耐壓層中的第一導電類型的半導體區(qū)的摻雜濃度。