[發明專利]一種浮空p柱的逆導型槽柵超結IGBT

有效

• 申請號: 202110373827.7
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN112928156B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 馬瑤;黃銘敏;楊治美
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/739
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種逆導型超結IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）器件，其超結耐壓層中的第二導電類型的半導體區浮空且其槽型柵極結構的底部被重摻雜的第二導電類型的半導體區包圍，并且含有側面被第二導電類型的浮空區包圍和頂部被第一導電類型的截止環包圍的背面槽型絕緣介質區。該器件有較低的導通壓降，能消除電壓隨電流的折回現象，且能避免擊穿電壓的降低。

技術領域

本發明屬于半導體器件，特別是功率半導體器件。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一種中高壓功率半導體開關器件。超結（Superjunction，SJ）是n柱/p柱交替排列的耐壓層結構，它能使n柱與p柱在較高的摻雜濃度下仍可獲得較高的擊穿電壓。當IGBT采用超結耐壓層結構，在關斷過程中n柱/p柱構成的pn結會快速耗盡，使關斷速度提高（或關斷功耗降低）。然而，在普通超結IGBT中，導通態下的n柱和p柱的電導調制效應（或載流子存儲效果）較差，這主要是因為p柱容易收集空穴，并順利地將收集的空穴抽取到發射極，造成空穴難以在n柱和p柱中得到有效的存儲，增加導通壓降。如果將p柱浮空，在導通態下空穴進入p柱后流向發射極變得困難，這將抬高p柱電位，抑制p柱收集空穴，從而增強n柱和p柱的電導調制效應，降低導通壓降。然而，普通浮空p柱的超結IGBT結構的擊穿電壓會有所降低。另外，IGBT在應用中通常搭配一個反向并聯的二極管來使用。為了降低寄生效應和提高集成度，IGBT中也可以集成反向二極管，這種IGBT被稱為逆導型IGBT（Reverse Conducting IGBT，RC-IGBT）。然而，普通的逆導型結構會發生電壓隨電流的折回（Snap-back）現象，這會對器件的可靠工作帶來不利。

發明內容

本發明的目的在于提供一種逆導型超結IGBT器件，與普通的逆導型超結IGBT相比，本發明提供的逆導型超結IGBT器件可以有更低的導通壓降，消除電壓隨電流的折回現象，并且避免了擊穿電壓的降低。

參考圖3-5，本發明提供一種逆導型超結絕緣柵雙極型晶體管器件，其元胞結構包括：集電結構（由10、11和20構成），位于所述集電結構（由10、11和20構成）之上的輕摻雜的第一導電類型的輔助層30，位于所述輔助層30之上的超結耐壓層（由31和32構成），位于所述超結耐壓層（由31和32構成）之上的第二導電類型的基區（由41和43構成）以及第二導電類型的阱區42，與所述基區（由41和43構成）至少有部分接觸的重摻雜的第一導電類型的發射區44，與所述發射區44、所述基區（由41和43構成）以及所述超結耐壓層（由31和32構成）均接觸的用于控制開關的槽型柵極結構（由47和49構成），其特征在于：

所述集電結構（由10、11和20構成）由至少一個第二導電類型的集電區10，至少一個第一導電類型的集電區11以及至少一個第一導電類型的緩沖區20構成；所述緩沖區20的下表面與所述第二導電類型的集電區10以及所述第一導電類型的集電區11均直接接觸，所述緩沖區20的上表面與所述輔助層30直接接觸；

所述元胞結構中包含背面槽型絕緣介質區12，所述背面槽型絕緣介質區12深入所述輔助層30；所述背面槽型絕緣介質區12的側面與所述第二導電類型的集電區10、所述第一導電類型的集電區11和所述緩沖區20均直接接觸，所述背面槽型絕緣介質區12將所述第二導電類型的集電區10與所述第一導電類型的集電區11相互隔離；所述背面槽型絕緣介質區12的側面通過第二導電類型的浮空區21與所述輔助層30間接接觸，所述背面槽型絕緣介質區12的頂部通過第一導電類型的截止環22與所述輔助層30間接接觸；所述第一導電類型的集電區11、所述第二導電類型的集電區10、所述背面槽型絕緣介質區12的下表面覆蓋有集電極導體1，并通過導線連接至集電極C；