本發(fā)明涉及半導體領域，尤其涉及一種絕緣柵雙極晶體管。

背景技術：

絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)以其低通態(tài)壓降、高耐壓、驅(qū)動控制簡單、易并聯(lián)等優(yōu)點廣泛地應用在各類電力電子系統(tǒng)中，是目前高壓功率器件領域核心器件之一。其典型的應用是作為功率開關來控制功率變換，故器件需要滿足在一定頻率下開關功率控制能力。理想的開關器件是要求具備瞬時開通或關斷的能力，但對于實際的功率半導體器件，受制于器件結(jié)構(gòu)特性，不可避免的存在開通與關斷時間，影響器件的工作頻率。

IGBT器件工作在導通狀態(tài)時，內(nèi)部存儲了大量載流子，以實現(xiàn)較好的電導調(diào)制效應，降低導通壓降；在關斷過程時，就需要迅速排出這些存儲的載流子，實現(xiàn)器件截止態(tài)的高耐壓特性。所以在關斷過程，存在大量過程載流子排出的過程，在耗盡層的作用下，大量載流子由于電場作用推到器件接近底部集電極位置，如圖1所示，這些積累在未耗盡區(qū)域的載流子101只能通過復合作用來排出，導致IGBT關斷過程形成較為緩慢的拖尾電流，影響了器件的關斷時間Tf，導致IGBT器件的關斷速度變慢。

也就是說，現(xiàn)有技術中的IGBT器件，存在未耗盡區(qū)域的載流子排出慢，故關斷速度慢的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過提供一種絕緣柵雙極晶體管，解決了現(xiàn)有技術中的IGBT器件，存在的未耗盡區(qū)域的載流子排出慢，故關斷速度慢的技術問題。

一方面，為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了如下技術方案：

一種絕緣柵雙極晶體管，包括：

襯底；

位于襯底的柵極、發(fā)射極和集電極；其中，所述集電極和所述發(fā)射極分別位于所述襯底的兩端；

超結(jié)結(jié)構(gòu)，位于所述襯底上靠近所述集電極一側(cè)，以在所述晶體管關斷時，通過所述超結(jié)結(jié)構(gòu)耗盡堆積在所述集電極側(cè)的過剩載流子。

可選的，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的厚度為所述集電極和所述發(fā)射極之間的漂移區(qū)厚度的1/2至1/4。

可選的，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)為交替設置的多根P型立柱和多根N型立柱；其中，每相鄰兩根P型立柱之間的區(qū)域為一根N型立柱。

可選的，所述P型立柱的摻雜濃度等于所述N型立柱的摻雜濃度。

可選的，所述P型立柱的寬度等于所述N型立柱的寬度。

可選的，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)與所述集電極連接。

可選的，所述襯底的一端設置有第一阱區(qū)和位于所述第一阱區(qū)表面的第二阱區(qū)；所述第二阱區(qū)為發(fā)射極區(qū)；所述襯底的另一端設置有集電極區(qū)；所述集電極區(qū)與所述第一阱區(qū)的摻雜類型均為第一摻雜類型；所述第二阱區(qū)的摻雜類型為與所述第一摻雜類型不同的第二摻雜類型。

可選的，所述第一摻雜類型為N型，所述第二摻雜類型為P型；或者，所述第一摻雜類型為P型，所述第二摻雜類型為N型。

可選的，所述第二阱區(qū)表面有發(fā)射極接觸；所述集電極區(qū)表面有集電極接觸。

本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優(yōu)點：

本申請實施例提供的絕緣柵雙極晶體管，在襯底的靠近集電極一側(cè)形成超結(jié)結(jié)構(gòu)，在晶體管關斷時，由于耗盡層的展寬作用，大量載流子在電場作用下迅速被掃到所述超結(jié)結(jié)構(gòu)區(qū)域，并通超結(jié)結(jié)構(gòu)快速掃出器件，有效縮短拖尾電流時間，減小關斷時間。進一步，由于所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的平板電場分布，還能提升器件的耐壓特性，且不會對器件正向?qū)▔航祹碡撁嬗绊?。另外，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)形成在集電極一側(cè)，不需要貫穿整個器件漂移區(qū)，在工藝上也易于實現(xiàn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為背景技術中絕緣柵雙極晶體管的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本申請實施例中絕緣柵雙極晶體管的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

本申請實施例通過提供一種絕緣柵雙極晶體管，解決了現(xiàn)有技術中的IGBT器件，存在的未耗盡區(qū)域的載流子排出慢，故關斷速度慢的技術問題。實現(xiàn)了有效縮短拖尾電流時間，減小關斷時間的技術效果。

為解決上述技術問題，本申請實施例提供技術方案的總體思路如下：

本申請?zhí)峁┮环N絕緣柵雙極晶體管，包括：

襯底；

位于襯底的柵極、發(fā)射極和集電極；其中，所述集電極和所述發(fā)射極分別位于所述襯底的兩端；

超結(jié)結(jié)構(gòu)，位于所述襯底上靠近所述集電極一側(cè)，以在所述晶體管關斷時，通過所述超結(jié)結(jié)構(gòu)耗盡堆積在所述集電極側(cè)的過剩載流子。

本申請實施例提供的絕緣柵雙極晶體管，在襯底的靠近集電極一側(cè)形成超結(jié)結(jié)構(gòu)，在晶體管關斷時，由于耗盡層的展寬作用，大量載流子在電場作用下迅速被掃到所述超結(jié)結(jié)構(gòu)區(qū)域，并通超結(jié)結(jié)構(gòu)快速掃出器件，有效縮短拖尾電流時間，減小關斷時間。進一步，由于所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的平板電場分布，還能提升器件的耐壓特性，且不會對器件正向?qū)▔航祹碡撁嬗绊?。另外，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)形成在集電極一側(cè)，不需要貫穿整個器件漂移區(qū)，在工藝上也易于實現(xiàn)。

為了更好的理解上述技術方案，下面將結(jié)合具體的實施方式對上述技術方案進行詳細說明，應當理解本發(fā)明實施例以及實施例中的具體特征是對本申請技術方案的詳細的說明，而不是對本申請技術方案的限定，在不沖突的情況下，本申請實施例以及實施例中的技術特征可以相互組合。

在本實施例中，提供了一種絕緣柵雙極晶體管，請參考圖2，如圖2所示，所述晶體管包括：

襯底1；

位于襯底的柵極2、發(fā)射極3和集電極4；其中，所述集電極4和所述發(fā)射極3分別位于所述襯底1的兩端；

超結(jié)結(jié)構(gòu)5，位于所述襯底1上靠近所述集電極4一側(cè)，以在所述晶體管關斷時，通過所述超結(jié)結(jié)構(gòu)5耗盡堆積在所述集電極4側(cè)的過剩載流子。

下面結(jié)合圖2，分別介紹本實施例提供的絕緣柵雙極晶體管提高器件關斷速度的原理和結(jié)構(gòu)。

首先，介紹所述絕緣柵雙極晶體管提高器件關斷速度的原理。

IGBT器件工作在導通狀態(tài)時，內(nèi)部存儲了大量載流子，故在關斷過程時，就會存在大量載流子排出的過程，在耗盡層展寬的作用下，大量載流子由于電場作用如圖1中的圓點所示，被推到器件接近底部集電極4附近位置，本申請中的IGBT器件，在集電極側(cè)形成了超結(jié)結(jié)構(gòu)5，由于電荷平衡原理，超結(jié)結(jié)構(gòu)5在縱向及橫向同時形成耗盡區(qū)擴展，這樣能夠快速的掃出積累在器件集電極底部的過剩載流子，該作用時間相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中載流子在底部區(qū)域的緩慢復合作用是非?？斓模钥梢杂行У目s短拖尾電流的時間，減小關斷時間。

接下來，介紹所述絕緣柵雙極晶體管的結(jié)構(gòu)。

在本申請實施例中，考慮到工藝實現(xiàn)的簡便性，可以設置所述超結(jié)結(jié)構(gòu)5與所述集電極4連接，以便于從集電極4側(cè)注入形成所述超結(jié)結(jié)構(gòu)5。

具體來講，由于IGBT器件本身在加工工藝中會增加場截止緩沖層(Field Stop，F(xiàn)S層)及背面注入等多步背面工藝，所以利用器件背面加工工藝，增加超結(jié)的制備工藝，就可以實現(xiàn)所述超結(jié)結(jié)構(gòu)5。

具體來講，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)5為交替設置的多根P型立柱和多根N型立柱；其中，每相鄰兩根P型立柱之間的區(qū)域為一根N型立柱。也可以說，每相鄰兩根N型立柱之間的區(qū)域為一根P型立柱。

較優(yōu)的，所述P型立柱的摻雜濃度等于所述N型立柱的摻雜濃度。所述P型立柱的寬度等于所述N型立柱的寬度。以保證所述超結(jié)結(jié)構(gòu)5各區(qū)域的電場強度相等，提高載流子排出效率的同時，不影響器件工作特性。

需要說明的是，超結(jié)結(jié)構(gòu)5的摻雜濃度和超結(jié)柱寬度，可以依據(jù)工藝情況進行和器件實際設計尺寸進行選擇，能達到電荷平衡即可。一般來講，摻雜濃度高時關斷快，但較易擊穿，摻雜濃度低時關斷相對慢，但不易擊穿。

在本申請實施例中，由于通常IGBT器件工作在截止態(tài)偏置電壓作用下時，發(fā)射極3側(cè)的耗盡層展寬會超過的漂移區(qū)的三分之二長度左右，故在靠近集電極4側(cè)的漂移區(qū)的三分之一長度左右的區(qū)域，會由于無耗盡層作用而積累大量的剩余載流子。故可以設置所述超結(jié)結(jié)構(gòu)5的厚度h為所述集電極4和所述發(fā)射極3之間的漂移區(qū)厚度的1/2至1/4，以在保證從耗盡層掃出的過剩載流子進入超結(jié)結(jié)構(gòu)5區(qū)域，并由超結(jié)結(jié)構(gòu)5實現(xiàn)快速的耗盡作用的基礎上，避免了實現(xiàn)全貫穿的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制造工藝的復雜度，同時也能有效利用超結(jié)結(jié)構(gòu)5快速耗盡的特性。

較優(yōu)的，可以設置所述超結(jié)結(jié)構(gòu)5的厚度h為所述集電極4和所述發(fā)射極3之間的漂移區(qū)厚度的1/3。

在本申請實施例中，如圖2所示，所述襯底1的一端設置有第一阱區(qū)6和位于所述第一阱區(qū)6表面的第二阱區(qū)；所述第二阱區(qū)即為發(fā)射極3的區(qū)域；

所述襯底的另一端設置有集電極區(qū)；所述集電極區(qū)與所述第一阱區(qū)6的摻雜類型均為第一摻雜類型；所述第二阱區(qū)的摻雜類型為與所述第一摻雜類型不同的第二摻雜類型。

在具體實施過程中，所述第一摻雜類型為N型，所述第二摻雜類型為P型；或者，所述第一摻雜類型為P型，所述第二摻雜類型為N型。

進一步，所述第二阱區(qū)表面有發(fā)射極接觸7；所述集電極4區(qū)表面有集電極接觸8。所述發(fā)射極接觸7和所述集電極接觸8可以為金屬或多晶硅。

具體來講，所述絕緣柵雙極晶體管通過在底端集電極4側(cè)設置超結(jié)結(jié)構(gòu)5，利用超結(jié)結(jié)構(gòu)快速耗盡的特性，能夠在器件關斷后，將堆積在底端集電極4側(cè)的過剩載流子的快速耗盡，實現(xiàn)IGBT器件快速關斷的效果。同時，采用該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的器件，因為只需實現(xiàn)部分超結(jié)結(jié)構(gòu)，不用貫穿整個漂移區(qū)，工藝實現(xiàn)相對簡單。此外，該晶體管在實現(xiàn)快速關斷效果的同時，其導通壓降參數(shù)不受影響，并不需要犧牲其它參數(shù)特性，并且超結(jié)結(jié)構(gòu)還能提高其耐壓能力，實現(xiàn)了參數(shù)綜合性能的優(yōu)化。

上述本申請實施例中的技術方案，至少具有如下的技術效果或優(yōu)點：

本申請實施例提供的絕緣柵雙極晶體管，在襯底的靠近集電極一側(cè)形成超結(jié)結(jié)構(gòu)，在晶體管關斷時，由于耗盡層的展寬作用，大量載流子在電場作用下迅速被掃到所述超結(jié)結(jié)構(gòu)區(qū)域，并通超結(jié)結(jié)構(gòu)快速掃出器件，有效縮短拖尾電流時間，減小關斷時間。進一步，由于所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的平板電場分布，還能提升器件的耐壓特性，且不會對器件正向?qū)▔航祹碡撁嬗绊?。另外，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)形成在集電極一側(cè)，不需要貫穿整個器件漂移區(qū)，在工藝上也易于實現(xiàn)。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。