一种反向阻断型FS-GBT制造技术

本发明专利技术提供了一种反向阻断型场截止绝缘栅双极型晶体管（Reverse Blocking Field Stop Insulated Gate Bipolar Transistor，RB FS‑IGBT）器件，其漂移区顶部有载流子存储区和连接栅极的槽型栅极结构，底部有场截止区和连接集电极的槽型栅极结构。在正向阻断态下，连接栅极的槽型栅极结构屏蔽了载流子存储区的高电场，场截止区截止了漂移区底部的电场；在反向阻断态下，连接集电极的槽型栅极结构屏蔽了截止区的高电场，载流子存储区截止了漂移区顶部的电场。

A Reverse Blocking FS-GBT

The invention provides a Reverse Blocking Field Stop Insulated Gate Bipolar Transistor (RB FS IGBT) device with a carrier storage area at the top of the drift region and a slot gate structure connecting the gate, a field cut-off area at the bottom and a slot gate structure connecting the collector. In the forward blocking state, the slot grid structure connected with the gate shields the high electric field in the carrier storage area, and the cut-off area cuts off the electric field at the bottom of the drift area; in the reverse blocking state, the slot grid structure connected with the collector shields the high electric field in the cut-off area, and the carrier storage area cuts off the electric field at the top of the drift area.

【技术实现步骤摘要】
一种反向阻断型FS-GBT
本专利技术属于半导体器件，特别是半导体功率器件。
技术介绍
反向阻断型绝缘栅双极型晶体管（ReverseBlockingInsulatedGateBipolarTransistor，RB-IGBT）是一种具有反向阻断能力的IGBT。反向阻断型绝缘栅双极型晶体管（RB-IGBT）能够构成双向开关，应用于3电平变频器电路，有利于降低导通功耗，提升逆变器的效率。然而，由于考虑反向阻断耐压，普通RB-IGBT都采用的是非穿通型（NonPunchThrough，NPT）的结构而不是采用场截止（FieldStop，FS）型结构，这对正向导通压降和关断功耗均有不利的影响。另外，普通RB-IGBT通常需要一个贯穿整个芯片的p+区来作为反向耐压的终端结构，这给制造工艺带来了诸多困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种反向阻断型绝缘栅双极型晶体管（RB-IGBT）器件，与普通RB-IGBT相比，本专利技术提供的RB-IGBT器件在正向阻断和反向阻断的电场分布均是场截止（FieldStop,FS）型电场，且终端结构均能承受较高的正向阻断电压和反向阻断电压。本专利技术提供一种反向阻断型绝缘栅双极型晶体管器件，其元胞结构包括：轻掺杂的第一导电类型的漂移区21，与所述漂移区21的底部平面相接触的集电结构（由10和20构成），与所述漂移区21的顶部平面相接触的第二导电类型的基区（由30和31构成），与所述基区（由30和31构成）至少有部分接触的重掺杂的第一导电类型的发射区32，与所述发射区32、所述基区（由30和31构成）以及所述漂移区21均接触的用于控制开关的槽型栅极结构（由33和34构成），与所述集电结构（由10和20构成）和所述漂移区21均接触的用于屏蔽反向高电场的槽型栅极结构（由11和12构成），覆盖于所述集电结构（由10和20构成）和所述用于屏蔽反向高电场的槽型栅极结构（由11和12构成）的导体1形成的集电极C，覆盖于所述发射区32和所述基区（由30和31构成）的导体2形成的发射极E，覆盖于所述用于控制开关的槽型栅极结构（由33和34构成）的导体3形成的栅极G，其特征在于（参考图1-2）：所述漂移区21与所述基区（由30和31构成）通过一个第一导电类型的载流子存储区22间接接触，所述载流子存储区22的掺杂浓度高于所述漂移区21的掺杂浓度；所述集电结构（由10和20构成）由至少一个第二导电类型的集电区10和至少一个第一导电类型的场截止区20构成，所述场截止区20的底部平面与所述第二导电类型的集电区10直接接触，所述场截止区20的顶部平面与所述漂移区21的底部平面直接接触，所述集电区10与所述集电极导体1直接接触；所述用于屏蔽反向高电场的槽型栅极结构（由11和12构成）从所述集电区10底部平面深入漂移区21的底部区域，所述用于槽型栅极结构（由11和12构成）包括至少一个绝缘介质层12和至少一个导体区11，所述绝缘层介质12与所述集电区10、所述场截止区20以及所述漂移区21均直接接触，所述导体区11与所述绝缘介质层12直接接触并通过所述绝缘介质层12与其它半导体区相隔离，所述导体区11与所述集电极导体1直接接触；所述用于控制开关的槽型栅极结构（由33和34构成）从所述发射区32顶部平面深入所述漂移区21顶部区域，所述槽型栅极结构（由33和34构成）包括至少一个绝缘介质层34和至少一个导体区33，所述绝缘介质层34与所述发射区32、所述基区（由30和31构成）、所述载流子存储区22以及所述漂移区21均直接接触，所述导体区33与所述绝缘介质层34直接接触并通过所述绝缘介质层34与其它半导体区相隔离，所述导体区33与所述栅极导体3直接接触；在发射极E一侧，除了含有所述用于控制开关的槽型栅极结构（由33和34构成）之外，还可以含有用于屏蔽正向高电场的槽型栅极结构（由34和35构成）；所述用于屏蔽正向高电场的槽型栅极结构（由34和35构成）从所述基区（由30和31构成）顶部平面深入所述漂移区21顶部区域，所述槽型栅极结构（由34和35构成）包括至少一个绝缘介质层34和至少一个导体区35，所述绝缘介质层34与所述基区（由30和31构成）、所述载流子存储区22以及所述漂移区21均直接接触，所述导体区35与所述绝缘介质层34直接接触并通过所述绝缘介质层34与其它半导体区相隔离，所述导体区35与所述发射极导体2直接接触；所述基区（由30和31构成）中可以有至少一个重掺杂的区域31与所述发射极导体2直接接触，以便形成欧姆接触；所述槽型栅极结构中的导体区（11、33、35）是由重掺杂的多晶半导体材料或/和其它导体材料构成。参照图3-4，所述反向阻断型绝缘栅双极型晶体管器件的众多元胞构成的元胞区的外围还有终端区，所述终端区的上表面和下表面均包括至少一个连有场板的槽型栅极结构（由34和35构成以及由11和12构成）以及多个第二导电类型的浮空场限环（36、37、38以及13、14、15），所述连有场板的槽型栅极结构（由34和35构成以及由11和12构成）紧挨着所述元胞区并位于所述元胞区与所述浮空场限环（36、37、38以及13、14、15）之间；在所述终端区的上表面，所述连有场板的槽型栅极结构（由34和35构成）从所述基区（由30和31构成）顶部平面深入所述漂移区21顶部区域，所述槽型栅极结构（由34和35构成）包括至少一个绝缘介质层34和至少一个导体区35，所述绝缘介质层34与所述基区（由30和31构成）、所述载流子存储区22以及所述漂移区21均直接接触，所述导体区35与所述绝缘介质层34直接接触并通过所述绝缘介质层34与其它半导体区相隔离，所述导体区35与所述发射极导体2直接接触，所述终端区中半导体区域的上表面覆盖有一层绝缘介质层38，所述发射极导体2覆盖了部分所述绝缘介质层39作为场板2，所述场板2的起点位于所述连有场板的槽型栅极结构（由34和35构成）而终点位于所述连有场板的槽型栅极结构（由34和35构成）和离元胞区最近的一个所述浮空场限环36之间的某个位置；在所述终端区的下表面，所述连有场板的槽型栅极结构（由11和12构成）从所述集电区10底部平面深入所述漂移区21底部区域，所述槽型栅极结构（由11和12构成）包括至少一个绝缘介质层12和至少一个导体区11，所述绝缘介质层12与所述集电区10、所述场截止区20以及所述漂移区21均直接接触，所述导体区11与所述绝缘介质层12直接接触并通过所述绝缘介质层12与其它半导体区相隔离，所述导体区11与所述集电极导体1直接接触，所述终端区中半导体区域的下表面覆盖有一层绝缘介质层16，所述集电极导体1覆盖了部分所述绝缘介质层16作为场板1，所述场板1的起点位于所述连有场板的槽型栅极结构（由11和12构成）而终点位于所述连有场板的槽型栅极结构（由11和12构成）和离元胞区最近的一个所述浮空场限环13之间的某个位置；所述终端区的上表面和下表面均还可以有至少一个第一导电类型的截止环（40、17），所述截止环（40、17）位于所述浮空场限环（36、37、38以及13、14、15）的外围。参照图5-6，所述场板（1、2）可以是阶梯状的场板，随着离所述连有场板的槽型栅极结构（由34和35本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反向阻断型绝缘栅双极型晶体管器件，其元胞结构包括：轻掺杂的第一导电类型的漂移区，与所述漂移区的底部平面相接触的集电结构，与所述漂移区的顶部平面相接触的第二导电类型的基区，与所述基区至少有部分接触的重掺杂的第一导电类型的发射区，与所述发射区、所述基区以及所述漂移区均接触的用于控制开关的槽型栅极结构，与所述集电结构和所述漂移区均接触的用于屏蔽反向高电场的槽型栅极结构，覆盖于所述集电结构和所述用于屏蔽反向高电场的槽型栅极结构的导体形成的集电极，覆盖于所述发射区和所述基区的导体形成的发射极，覆盖于所述用于控制开关的槽型栅极结构的导体形成的栅极，其特征在于：所述漂移区与所述基区通过一个第一导电类型的载流子存储区间接接触，所述载流子存储区的掺杂浓度高于所述漂移区的掺杂浓度；所述集电结构由至少一个第二导电类型的集电区和至少一个第一导电类型的场截止区构成，所述场截止区的底部平面与所述第二导电类型的集电区直接接触，所述场截止区的顶部平面与所述漂移区的底部平面直接接触，所述集电区与所述集电极导体直接接触；所述用于屏蔽反向高电场的槽型栅极结构从所述集电区底部平面深入漂移区的底部区域，所述用于槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘层介质与所述集电区、所述场截止区以及所述漂移区均直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与其它半导体区相隔离，所述导体区与所述集电极导体直接接触；所述用于控制开关的槽型栅极结构从所述发射区顶部平面深入所述漂移区顶部区域，所述槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘介质层与所述发射区、所述基区、所述载流子存储区以及所述漂移区均直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与其它半导体区相隔离，所述导体区与所述栅极导体直接接触；在发射极一侧，除了含有所述用于控制开关的槽型栅极结构之外，还可以含有用于屏蔽正向高电场的槽型栅极结构；所述用于屏蔽正向高电场的槽型栅极结构从所述基区顶部平面深入所述漂移区顶部区域，所述槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘介质层与所述基区、所述载流子存储区以及所述漂移区均直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与其它半导体区相隔离，所述导体区与所述发射极导体直接接触；所述基区中可以有至少一个重掺杂的区域与所述发射极导体直接接触，以便形成欧姆接触；所述槽型栅极结构中的导体区是由重掺杂的多晶半导体材料或/和其它导体材料构成。...

【技术特征摘要】
1.一种反向阻断型绝缘栅双极型晶体管器件，其元胞结构包括：轻掺杂的第一导电类型的漂移区，与所述漂移区的底部平面相接触的集电结构，与所述漂移区的顶部平面相接触的第二导电类型的基区，与所述基区至少有部分接触的重掺杂的第一导电类型的发射区，与所述发射区、所述基区以及所述漂移区均接触的用于控制开关的槽型栅极结构，与所述集电结构和所述漂移区均接触的用于屏蔽反向高电场的槽型栅极结构，覆盖于所述集电结构和所述用于屏蔽反向高电场的槽型栅极结构的导体形成的集电极，覆盖于所述发射区和所述基区的导体形成的发射极，覆盖于所述用于控制开关的槽型栅极结构的导体形成的栅极，其特征在于：所述漂移区与所述基区通过一个第一导电类型的载流子存储区间接接触，所述载流子存储区的掺杂浓度高于所述漂移区的掺杂浓度；所述集电结构由至少一个第二导电类型的集电区和至少一个第一导电类型的场截止区构成，所述场截止区的底部平面与所述第二导电类型的集电区直接接触，所述场截止区的顶部平面与所述漂移区的底部平面直接接触，所述集电区与所述集电极导体直接接触；所述用于屏蔽反向高电场的槽型栅极结构从所述集电区底部平面深入漂移区的底部区域，所述用于槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘层介质与所述集电区、所述场截止区以及所述漂移区均直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与其它半导体区相隔离，所述导体区与所述集电极导体直接接触；所述用于控制开关的槽型栅极结构从所述发射区顶部平面深入所述漂移区顶部区域，所述槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘介质层与所述发射区、所述基区、所述载流子存储区以及所述漂移区均直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与其它半导体区相隔离，所述导体区与所述栅极导体直接接触；在发射极一侧，除了含有所述用于控制开关的槽型栅极结构之外，还可以含有用于屏蔽正向高电场的槽型栅极结构；所述用于屏蔽正向高电场的槽型栅极结构从所述基区顶部平面深入所述漂移区顶部区域，所述槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘介质层与所述基区、所述载流子存储区以及所述漂移区均直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与其它半导体区相隔离，所述导体区与所述发射极导体直接接触；所述基区中可以有至少一个重掺杂的区域与所述发射极导体直接接触，以便形成欧姆接触；所述槽型栅极结构中的导体区是由重掺杂的多晶半导体材料或/和其它导体材料构成。2.如权利要求1所述的一种反向阻断型绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于：所述反向阻断型绝缘栅双极型晶体管器件的众多元胞构成的元胞区的外围还有终端区，所述终端区的上表面和下表面均包括至少一个连有场板的槽型栅极结构以及多个第二导电类型的浮空场限环，所述连有场板的槽型栅极结构紧挨着所述元胞区并位于所述元胞区与所述浮空场限环之间；在所述终端区的上表面，所述连有场板的槽型栅极结构从所述基区顶部平面深入所述漂移区顶部区域，所述槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘介质层与所述基区、所述载流子存储区以及所述漂移区均直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与其它半导体区相隔离，所述导体区与所述发射极导体直接接触，所述终端区中半导体区域的上表面覆盖有一层绝缘介质层，所述发射极导体覆盖了部分所述绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄铭敏，刘丰豪，李睿，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51