本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)涉及一種載流子存儲(chǔ)型IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)。

背景技術(shù)：

能源消耗日益增大,特別是電力的需求矛盾日趨尖銳,大力發(fā)展新型電力電子器件已成為一項(xiàng)重要課題。IGBT是目前發(fā)展最快的一種混合型電力電子器件,它具有MOS輸入、雙極輸出功能的MOS、雙極相結(jié)合的特性,既有MOSFET的輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)速度高、開(kāi)關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn),又具有雙極功率晶體管的電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),在高壓、大電流、高速三方面是其他功率器件不能比擬的,因而是電力電子領(lǐng)域理想的開(kāi)關(guān)器件。

但是，IGBT在實(shí)際應(yīng)用中存在導(dǎo)通壓降和關(guān)態(tài)損耗的折衷問(wèn)題。由于IGBT器件主要應(yīng)用于中高壓領(lǐng)域，其自身較大的內(nèi)阻以及大電流的工作狀態(tài)使得器件的導(dǎo)通損耗比較大。為了降低器件的導(dǎo)通損耗，最關(guān)鍵的問(wèn)題是降低器件的導(dǎo)通壓降，這需要增大載流子的注入效率，即增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)；然而，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的增強(qiáng)能夠降低器件的導(dǎo)通壓降，但是它也向漂移區(qū)中引入了更多的電子和空穴，使得器件在關(guān)斷時(shí)拖尾電流大、關(guān)態(tài)時(shí)間長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致更高的關(guān)斷損耗。因此，導(dǎo)通壓降和關(guān)態(tài)損耗之間的矛盾一直是IGBT研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題。

載流子存儲(chǔ)型IGBT—CSTBT的出現(xiàn)很好地改善了IGBT器件導(dǎo)通壓降和關(guān)態(tài)損耗之間的矛盾問(wèn)題。CSTBT中位于陰極P阱下方的電荷儲(chǔ)藏層阻礙了開(kāi)態(tài)時(shí)漂移區(qū)中的空穴被陰極區(qū)收集走從而增強(qiáng)了IGBT地電子注入效率，進(jìn)而使得器件漂移區(qū)內(nèi)陰極區(qū)一側(cè)的等離子濃度顯著增加，從而降低了器件的導(dǎo)通壓降，同時(shí)由于陰基區(qū)一側(cè)的等離子體在關(guān)態(tài)時(shí)很容易被抽走，因而也沒(méi)有對(duì)器件的關(guān)態(tài)損耗帶來(lái)明顯的增長(zhǎng)。然而，較低濃度的電荷儲(chǔ)藏層對(duì)器件性能的提升影響并不明顯，因此為了更好地提升器件的性能，需要較高的電荷儲(chǔ)藏層濃度，但是高濃度的電荷儲(chǔ)藏層會(huì)使得器件的耐壓顯著降低。這就需要更進(jìn)一步的改進(jìn)CSTBT結(jié)構(gòu)，以克服這一缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種能夠有效提升載流子存儲(chǔ)型IGBT器件在較高的載流子存儲(chǔ)層濃度下的耐壓能力的器件。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種載流子存儲(chǔ)型槽柵IGBT，包括P+集電極區(qū)1、位于P+集電極區(qū)1上表面的N型漂移區(qū)2、位于N型漂移區(qū)2上表面的槽柵結(jié)構(gòu)3和發(fā)射極有源區(qū)；所述槽柵結(jié)構(gòu)3和發(fā)射極有源區(qū)交替排列于N型漂移區(qū)2上表面；所述發(fā)射極有源區(qū)包括從下至上依次層疊設(shè)置的N型存儲(chǔ)層4、P型體區(qū)5和發(fā)射極摻雜區(qū)，所述N型存儲(chǔ)層4的下表面與N型漂移區(qū)2連接，且N型存儲(chǔ)層4的底面高于槽柵結(jié)構(gòu)3的槽深；所述發(fā)射極摻雜區(qū)由P+區(qū)7及位于P+區(qū)7兩側(cè)的N+區(qū)6構(gòu)成，其特征在于，還包括深槽結(jié)構(gòu)8，所述深槽結(jié)構(gòu)8由位于槽壁的介質(zhì)層及被介質(zhì)層所包圍的導(dǎo)電材料構(gòu)成，所述深槽結(jié)構(gòu)8沿槽柵結(jié)構(gòu)3的上表面垂直向下貫穿整個(gè)槽柵結(jié)構(gòu)3并延伸入N型漂移區(qū)2中。

進(jìn)一步的，所述深槽結(jié)構(gòu)8中的導(dǎo)電材料與外加控制電極連接。

更進(jìn)一步的，所述深槽結(jié)構(gòu)8中的導(dǎo)電材料與外加電極連接，該外加電極在器件開(kāi)態(tài)時(shí)為高電位但低于集電極電位，在器件關(guān)態(tài)時(shí)與發(fā)射極的電位相同。

進(jìn)一步的，所述深槽結(jié)構(gòu)8中的導(dǎo)電材料與柵極電極連接。

進(jìn)一步的，所述深槽結(jié)構(gòu)8中的導(dǎo)電材料與發(fā)射極電極連接。

進(jìn)一步的，所述P+集電極區(qū)1與N型漂移區(qū)2之間具有N型緩沖區(qū)9，所述N型緩沖區(qū)9濃度高于N型漂移區(qū)2濃度。

進(jìn)一步的，所述P+集電極區(qū)1與N型漂移區(qū)2之間具有N型緩沖區(qū)9，所述N型緩沖區(qū)9濃度等于N型漂移區(qū)2濃度。

更進(jìn)一步的，所述深槽結(jié)構(gòu)8的下表面與所述N型緩沖區(qū)9上表面之間的N型漂移區(qū)2中嵌入多個(gè)P條區(qū)10，所述P條區(qū)10與位于深槽結(jié)構(gòu)8下表面和N型緩沖區(qū)9上表面之間的N型漂移區(qū)2形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述器件還包括N+集電極區(qū)11，所述N+集電極區(qū)11與P+集電極區(qū)1沿器件橫向方向并列設(shè)置。

本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明的有益效果為，能有效提高載流子存儲(chǔ)型IGBT器件在高濃度載流子存儲(chǔ)層濃度下的耐壓能力，進(jìn)而提升器件導(dǎo)通壓降和關(guān)態(tài)損耗之間的折衷關(guān)系。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

實(shí)施例1：

如圖1所示，本例包括P+集電極區(qū)1、N漂移區(qū)2、槽柵結(jié)構(gòu)3和發(fā)射極有源區(qū)，所述槽柵結(jié)構(gòu)3和發(fā)射極有源區(qū)交替排列于N漂移區(qū)(2)表面，所述發(fā)射極有源區(qū)從下往上依次為N存儲(chǔ)層4、P型體區(qū)5及發(fā)射極摻雜區(qū)，所述N存儲(chǔ)層4底部高于槽柵結(jié)構(gòu)3底部，所述發(fā)射極摻雜區(qū)由其兩側(cè)的N+區(qū)6和位于兩個(gè)N+區(qū)6之間的P+區(qū)7構(gòu)成，其特征在于，還包括一個(gè)深槽結(jié)構(gòu)8，所述深槽結(jié)構(gòu)8由槽壁的介質(zhì)及其包圍的導(dǎo)電材料構(gòu)成，深槽結(jié)構(gòu)8從槽柵結(jié)構(gòu)3表面開(kāi)始貫穿整個(gè)槽柵結(jié)構(gòu)3并深入N漂移區(qū)2內(nèi)部，所述深槽結(jié)構(gòu)8通過(guò)介質(zhì)層與槽柵結(jié)構(gòu)3和N漂移區(qū)2隔離，深槽結(jié)構(gòu)8通過(guò)導(dǎo)電材料與外加控制電極連接，該外加控制電極點(diǎn)位可以是固定的，也可以是可變的。這里以可變電位為例，該外加電極在器件開(kāi)態(tài)時(shí)為高電位但低于集電極電位，在器件關(guān)態(tài)時(shí)與發(fā)射極的電位相同。

本例的工作原理為：

當(dāng)器件處于正向?qū)〞r(shí)，由于深槽結(jié)構(gòu)8接的是高電位，因此深槽結(jié)構(gòu)8能夠在表面積累一層電子，形成電子流動(dòng)的低阻通道，從而降低電子在流動(dòng)過(guò)程的導(dǎo)通電阻，以降低正向?qū)▔航?，并且在不發(fā)生擊穿的前提下，隨著該可變電極高電位的增加，這種效果會(huì)更加明顯；當(dāng)器件處于關(guān)斷耐壓狀態(tài)時(shí)，深槽結(jié)構(gòu)8的電位與發(fā)射極電位同為低電位，故由N漂移區(qū)2和N存儲(chǔ)層4耗盡區(qū)內(nèi)的正電荷發(fā)出的電力線不僅可以終止于槽柵結(jié)構(gòu)3和P型體區(qū)5內(nèi)的負(fù)電荷，還可以終止于深槽結(jié)構(gòu)8內(nèi)的負(fù)電荷。因此，采用深槽結(jié)構(gòu)8可以輔助耗盡器件的N存儲(chǔ)層4并調(diào)節(jié)發(fā)射極一側(cè)的電場(chǎng)，同時(shí)深槽與兩分裂柵構(gòu)成階梯狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步削弱發(fā)射極的電場(chǎng)峰值，從而提高器件在高濃度載流子存儲(chǔ)層下的耐壓能力，以更好地提升導(dǎo)通壓降和關(guān)態(tài)損耗之間的折衷關(guān)系。

實(shí)施例2：

如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于深槽結(jié)構(gòu)8通過(guò)導(dǎo)電材料與發(fā)射極電極連接而不是與外部可變電極連接。

本例的工作原理為：

當(dāng)器件處于正向?qū)〞r(shí)，處于低電位的深槽結(jié)構(gòu)8能夠在表面積累一層空穴，增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，從而進(jìn)一步降低了導(dǎo)通壓降。此外，由于深槽結(jié)構(gòu)與發(fā)射極連接，從而對(duì)器件“柵極-集電極”電容(亦即“密勒電容”)基本沒(méi)有影響；當(dāng)器件處于關(guān)斷耐壓狀態(tài)時(shí)，與實(shí)施例1中所述有益效果相同。

作為該實(shí)施方案的簡(jiǎn)單變形，深槽結(jié)構(gòu)8還可以通過(guò)導(dǎo)電材料與柵極電極連接同樣可以在關(guān)斷狀態(tài)下提高器件在高濃度載流子存儲(chǔ)層下的耐壓能力。同時(shí)，器件正向?qū)〞r(shí)，深槽結(jié)構(gòu)8表面也能積累一層電子以降低正向?qū)▔航怠?/p>

實(shí)施例3：

如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于所述P+集電極區(qū)1上方還有一層N型緩沖區(qū)9，該緩沖層濃度高于N型漂移區(qū)2濃度。

本例除了具備實(shí)施例1所述的有益效果之外，由于N型緩沖層9的存在使器件形成穿通型耐壓結(jié)構(gòu)，可以使器件在相同的耐壓能力情況下具有更短的漂移區(qū)長(zhǎng)度，降低了器件導(dǎo)通狀態(tài)下漂移區(qū)電阻，同時(shí)還可以控制P+集電極1在正向?qū)〞r(shí)的空穴注入效率，從而進(jìn)一步地減少了導(dǎo)通壓降和關(guān)態(tài)損耗。

實(shí)施例4：

如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例3的基本結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于所述深槽結(jié)構(gòu)8的下表面與所述N型緩沖區(qū)9上表面之間的N型漂移區(qū)2中嵌入多個(gè)P條區(qū)10，所述P條區(qū)10與位于深槽結(jié)構(gòu)8下表面和N型緩沖區(qū)9上表面之間的N型漂移區(qū)2形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。

本例除了具備實(shí)施例3所述的有益效果之外，N型漂移區(qū)2內(nèi)部的超結(jié)結(jié)構(gòu)，使得器件在相同耐壓能力下能夠具有更高的漂移區(qū)濃度，降低了器件導(dǎo)通狀態(tài)下的N型漂移區(qū)2的電阻率，從而更進(jìn)一步地減小了器件的導(dǎo)通壓降。

實(shí)施例5：

如圖5所示，本實(shí)施例與實(shí)施例4的基本結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于所述N型緩沖區(qū)9濃度等于N型漂移區(qū)2且其厚度較實(shí)施例4中大。

本例除了具備實(shí)施例4所述的有益效果之外，其N型緩沖區(qū)9已與N型漂移區(qū)2摻雜無(wú)異，同時(shí)由實(shí)施例4中的全超結(jié)結(jié)構(gòu)變成了半超結(jié)結(jié)構(gòu)，從而降低了工藝難度。

作為本實(shí)施例的一種簡(jiǎn)單變形，可以在P+集電極1上方再引入一個(gè)較N型緩沖層9薄的高濃度N型區(qū)以形成穿通的耐壓結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低同等耐壓情況下的漂移區(qū)長(zhǎng)度，從而降低導(dǎo)通壓降。

實(shí)施例6：

如圖6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于所述P+集電極區(qū)1上還包括N+集電極區(qū)11。

本例除了具備實(shí)施例1所述的有益效果之外，具有N+集電極區(qū)11的短路陽(yáng)極結(jié)構(gòu)能夠加速關(guān)態(tài)時(shí)漂移區(qū)內(nèi)電子的抽取，從而降低關(guān)態(tài)損耗。

綜上，本發(fā)明提供一種具有分裂柵及深槽結(jié)構(gòu)的載流子存儲(chǔ)型IGBT，器件關(guān)態(tài)時(shí)，采用深槽輔助耗盡器件的載流子存儲(chǔ)層并調(diào)節(jié)發(fā)射極一側(cè)的電場(chǎng)，同時(shí)深槽與兩分裂柵構(gòu)成階梯狀結(jié)構(gòu)，削弱發(fā)射極的電場(chǎng)峰值，從而顯著提升器件在較高的載流子存儲(chǔ)層濃度下的耐壓能力。此外，器件開(kāi)態(tài)時(shí)，深槽結(jié)構(gòu)8表面還能積累一層載流子，進(jìn)一步降低器件的導(dǎo)通壓降。