[發(fā)明專利]一種具有溝槽發(fā)射極埋層的IGBT結(jié)構(gòu)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011461775.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN112510082A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伍偉;李巖松;古湧乾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/417;H01L29/739
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本發(fā)明公開了一種具有溝槽發(fā)射極埋層的IGBT結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在常規(guī)CS?IGBT結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將發(fā)射極做成淺溝槽結(jié)構(gòu)，并在發(fā)射極溝槽以及柵極溝槽底部增加了兩個(gè)p型摻雜區(qū)MP和BP，在提高載流子存儲(chǔ)層濃度Ncs的基礎(chǔ)上，保留放大注入增強(qiáng)效應(yīng)的增益并抑制了由Ncs增加所誘發(fā)的動(dòng)態(tài)雪崩擊穿。優(yōu)化了關(guān)斷損耗與通態(tài)壓降之間的權(quán)衡，并有效抑制了EMI噪聲的干擾。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體涉及一種具有溝槽發(fā)射極埋層的 IGBT結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(Insulate Gate Bipolar Transistor，IGBT)作為當(dāng)今電力電子應(yīng)用中的關(guān)鍵元件，一直受到學(xué)者們的高度關(guān)注。最近有學(xué)者提出通過放大注入增強(qiáng)(Injection Enhancement，IE)效應(yīng)來改善IGBT性能的新方法。這種方法不僅可以降低運(yùn)行損耗，而且增大了IGBT模塊的電流密度，實(shí)現(xiàn)了關(guān)斷損耗和導(dǎo)通電壓降V_ce,sat的更優(yōu)權(quán)衡。雖然低關(guān)斷損耗(高dV/dt)可以減小系統(tǒng)的尺寸，但在關(guān)斷過程中的高電流密度和高dV/dt卻會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)雪崩。IGBT在通態(tài)時(shí)漂移區(qū)有高濃度的移動(dòng)載流子，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本底摻雜濃度。關(guān)斷過程中，在器件的空間電荷區(qū)內(nèi)，仍然存在大量存儲(chǔ)的載流子，電位下降加劇。如果這些載流子產(chǎn)生的電場超過臨界電場，即使在遠(yuǎn)低于靜態(tài)擊穿電壓的情況下也會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)雪崩擊穿。故需要對(duì)IGBT的工作電流密度、dV/dt和E_off進(jìn)行限制。

電力電子系統(tǒng)不僅要求低功率損耗，同時(shí)還需要盡可能地降低電磁干擾噪聲，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化后的高性價(jià)比。由于較高的dI/dt和較大的浪涌電流，導(dǎo)致IGBT的柵電容為負(fù)，從而產(chǎn)生EMI噪聲。因此，器件設(shè)計(jì)人員在改進(jìn)IGBT的結(jié)構(gòu)時(shí)，還需要優(yōu)化功率損耗和噪聲權(quán)衡，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)IGBT使用過程中抑制EMI噪聲及動(dòng)態(tài)雪崩的需求，本發(fā)明提供了一種具有溝槽發(fā)射極埋層的IGBT結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種具有溝槽發(fā)射極埋層的IGBT結(jié)構(gòu)，其元胞結(jié)構(gòu)包括P型集電區(qū)(1)，位于集電區(qū)(1)上方的N型緩沖層(2)和N型漂移區(qū)(3)，所述漂移區(qū)(3) 中設(shè)有多晶硅柵極(6)及柵極氧化層(5)、金屬發(fā)射極(11)及發(fā)射極氧化層(12)以及P型基區(qū)(8)，所述P型基區(qū)(8)上設(shè)有N+ 型發(fā)射區(qū)(9)和P+型高摻雜區(qū)(13)，所述P型基區(qū)(8)下設(shè)有N 型載流子存儲(chǔ)層(7)，其特征在于，所述發(fā)射極(11)做成淺溝槽結(jié)構(gòu)，并在發(fā)射極溝槽(11)以及柵極溝槽(6)底部增加了兩個(gè)P型埋層(10)和(4)。

本發(fā)明的技術(shù)方案相對(duì)常規(guī)CS-IGBT結(jié)構(gòu)加入了柵極溝槽底部和發(fā)射極溝槽底部兩個(gè)p型埋層，其中位于發(fā)射極溝槽底部的p型埋層(10)對(duì)N型載流子存儲(chǔ)層(7)起到輔助耗盡作用，在維持擊穿電壓不變的同時(shí)增大N型載流子存儲(chǔ)層(7)的摻雜濃度Ncs，抑制動(dòng)態(tài)雪崩。位于柵極溝槽底部的P型埋層(4)改變在通態(tài)下的空穴電流流通路徑，使空穴電流從埋層流向p型基區(qū)，從而抑制因空穴電流沿溝槽側(cè)壁流動(dòng)所產(chǎn)生的負(fù)柵電容。

進(jìn)一步地，所述位于柵極溝槽底部的p型埋層(4)和位于發(fā)射極溝槽底部的p型埋層(10)不相連，為電子電流保留通路。

進(jìn)一步地，所述位于發(fā)射極溝槽底部的p型埋層(10)與N型漂移區(qū)(3)相連。

進(jìn)一步地，所述位于發(fā)射極溝槽底部的p型埋層(10)的典型摻雜濃度為6×10¹⁸cm^-3，所述位于柵極溝槽底部的p型埋層(4)的典型摻雜濃度為3×10¹⁷cm^-3。