[發明專利]逆導型IGBT的元胞結構及逆導型IGBT

在審

• 申請號: 201911366131.0
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN113053991A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 羅海輝;肖強;朱利恒;覃榮震;劉鵬飛
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/417;H01L29/739
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張杰

本公開提供一種逆導型IGBT的元胞結構及逆導型IGBT。該元胞結構包括位于元胞結構中心的第二導電類型阱區；設置于所述阱區表面內的第一導電類型源區和第二導電類型源區；其中，所述第一導電類型源區位于所述第二導電類型源區兩側并且部分底部覆蓋所述第二導電類型源區兩側的部分表面，并使得所述第一導電類型源區的側面與所述第二導電類型源區未被所述第一導電類型源區覆蓋的表面一起合圍成一主溝槽；覆蓋在所述主溝槽的側壁和底部上的導電層；設置在所述柵結構上和所述主溝槽中的發射極金屬層；其中，所述主溝槽的底部上的部分導電層與所述發射極金屬層接觸。這種結構可以降低柵極電壓對逆導型IGBT內FRD正向導通壓降的影響，使FRD獲得更低的正向壓降。

技術領域

本公開涉及半導體器件技術領域，具體涉及一種逆導型IGBT的元胞結構及逆導型IGBT。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，是由BJT(雙極性晶體管)和MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，已經成為大電壓，大電流，高頻電力電子應用中最廣泛的半導體器件。通常在IGBT的應用中，需要反并聯相應規格的快速恢復二極管(Fast Recovery Diode,FRD)作為關斷時的電流泄放回路，來保護IGBT芯片。為降低成本以及減少封裝帶來的各種寄生效應的考慮，可將IGBT與FRD集成在同一個芯片中，即逆導型IGBT(Reverse ConductingIGBT,RC-IGBT)。

傳統的逆導型IGBT的元胞結構，如圖1和圖2所示，集成了IGBT與FRD兩種器件的功能，當逆導型IGBT工作在FRD模式時，柵極電壓的變化對FRD的性能產生強烈的影響。當逆導型IGBT的柵極電壓小于或等于0V時，逆導型IGBT沒有形成反型載流子通道，FRD的陽極未短路，FRD的陽極注入效率高，FRD的正向導通壓降較低。但是，當逆導IGBT柵極電壓大于或等于閾值電壓時，逆導型IGBT內，導電類型相反的兩源區之間形成反型載流子通道，使FRD的陽極短路，導致FRD陽極注入效率降低，FRD的正向導通壓降上升，使FRD無法正常工作。

發明內容

針對上述問題，本公開提供了一種逆導型IGBT的元胞結構及逆導型IGBT。

第一方面，本公開提供一種逆導型IGBT的元胞結構，包括：

第一導電類型襯底；

位于所述襯底上方的第一導電類型漂移層；

位于元胞結構中心且在所述漂移層表面內設置的第位于所述第二導電類型源區兩側并且二導電類型阱區；

設置于所述阱區表面內的第一導電類型源區和第二導電類型源區；其中，所述第一導電類型源區位于所述第二導電類型源區兩側并且所述第一導電類型源區高于所述第二導電類型源區，使得所述第一導電類型源區的部分底部覆蓋所述第二導電類型源區兩側的部分表面，并使得所述第一導電類型源區的側面與所述第二導電類型源區未被所述第一導電類型源區覆蓋的表面一起合圍成一主溝槽；

覆蓋在所述主溝槽的側壁和底部上的導電層；

設置于所述主溝槽兩側且與所述阱區和所述第一導電類型源區接觸的柵結構；

設置在所述柵結構上方和所述主溝槽中的發射極金屬層；

其中，所述柵結構中的柵極與所述第一導電類型源區之間，所述柵結構中的柵極與所述主溝槽的側壁上的部分導電層之間，所述柵結構中的柵極、所述第一導電類型源區和所述主溝槽的側壁上的部分導電層與所述發射極金屬層之間通過層間介質層隔離，所述主溝槽的底部上的部分導電層與所述發射極金屬層接觸，用于導出所述第一導電類型源區的電流。

根據本公開的實施例，優選地，所述第二導電類型源區的表面比所述第一導電類型源區的表面低0.3um以上。