一种浮空p柱的逆导型槽栅超结IGBT制造技术

本发明专利技术提供了一种逆导型超结IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）器件，其超结耐压层中的第二导电类型的半导体区浮空且其槽型栅极结构的底部被重掺杂的第二导电类型的半导体区包围，并且含有侧面被第二导电类型的浮空区包围和顶部被第一导电类型的截止环包围的背面槽型绝缘介质区。该器件有较低的导通压降，能消除电压随电流的折回现象，且能避免击穿电压的降低。低。低。

【技术实现步骤摘要】
一种浮空p柱的逆导型槽栅超结IGBT


[0001]本专利技术属于半导体器件，特别是功率半导体器件。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种中高压功率半导体开关器件。超结（Superjunction，SJ）是n柱/p柱交替排列的耐压层结构，它能使n柱与p柱在较高的掺杂浓度下仍可获得较高的击穿电压。当IGBT采用超结耐压层结构，在关断过程中n柱/p柱构成的pn结会快速耗尽，使关断速度提高（或关断功耗降低）。然而，在普通超结IGBT中，导通态下的n柱和p柱的电导调制效应（或载流子存储效果）较差，这主要是因为p柱容易收集空穴，并顺利地将收集的空穴抽取到发射极，造成空穴难以在n柱和p柱中得到有效的存储，增加导通压降。如果将p柱浮空，在导通态下空穴进入p柱后流向发射极变得困难，这将抬高p柱电位，抑制p柱收集空穴，从而增强n柱和p柱的电导调制效应，降低导通压降。然而，普通浮空p柱的超结IGBT结构的击穿电压会有所降低。另外，IGBT在应用中通常搭配一个反向并联的二极管来使用。为了降低寄生效应和提高集成度，IGBT中也可以集成反向二极管，这种IGBT被称为逆导型IGBT（Reverse Conducting IGBT，RC
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IGBT）。然而，普通的逆导型结构会发生电压随电流的折回（Snap
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back）现象，这会对器件的可靠工作带来不利。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种逆导型超结IGBT器件，与普通的逆导型超结IGBT相比，本专利技术提供的逆导型超结IGBT器件可以有更低的导通压降，消除电压随电流的折回现象，并且避免了击穿电压的降低。
[0004]参考图3
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5，本专利技术提供一种逆导型超结绝缘栅双极型晶体管器件，其元胞结构包括：集电结构（由10、11和20构成），位于所述集电结构（由10、11和20构成）之上的轻掺杂的第一导电类型的辅助层30，位于所述辅助层30之上的超结耐压层（由31和32构成），位于所述超结耐压层（由31和32构成）之上的第二导电类型的基区（由41和43构成）以及第二导电类型的阱区42，与所述基区（由41和43构成）至少有部分接触的重掺杂的第一导电类型的发射区44，与所述发射区44、所述基区（由41和43构成）以及所述超结耐压层（由31和32构成）均接触的用于控制开关的槽型栅极结构（由47和49构成），其特征在于：所述集电结构（由10、11和20构成）由至少一个第二导电类型的集电区10，至少一个第一导电类型的集电区11以及至少一个第一导电类型的缓冲区20构成；所述缓冲区20的下表面与所述第二导电类型的集电区10以及所述第一导电类型的集电区11均直接接触，所述缓冲区20的上表面与所述辅助层30直接接触；所述元胞结构中包含背面槽型绝缘介质区12，所述背面槽型绝缘介质区12深入所述辅助层30；所述背面槽型绝缘介质区12的侧面与所述第二导电类型的集电区10、所述第一导电类型的集电区11和所述缓冲区20均直接接触，所述背面槽型绝缘介质区12将所述第
二导电类型的集电区10与所述第一导电类型的集电区11相互隔离；所述背面槽型绝缘介质区12的侧面通过第二导电类型的浮空区21与所述辅助层30间接接触，所述背面槽型绝缘介质区12的顶部通过第一导电类型的截止环22与所述辅助层30间接接触；所述第一导电类型的集电区11、所述第二导电类型的集电区10、所述背面槽型绝缘介质区12的下表面覆盖有集电极导体1，并通过导线连接至集电极C；所述超结耐压层（由31和32构成）由交替排列的第一导电类型的半导体区31与第二导电类型的半导体区32构成，所述超结耐压层中的第一导电类型的半导体区31的侧面与所述超结耐压层中的第二导电类型的半导体区32的侧面相互接触；所述超结耐压层（由31和32构成）的下表面与所述辅助层30直接接触；所述基区（由41和43构成）的下表面通过一个第一导电类型的载流子存储层33与所述超结耐压层中的第一导电类型的半导体区31接触；所述基区（由41和43构成）的上表面至少有部分覆盖有发射极导体2，并通过导线连接至发射极E；所述基区（由41和43构成）中有至少一个重掺杂区43与所述发射极导体2直接接触，以便形成欧姆接触；所述发射区44的上表面覆盖有发射极导体2，并通过导线连接至所述发射极E；所述阱区42的下表面与所述超结耐压层中的第二导电类型的半导体区32直接接触；所述阱区42与所述基区（由41和43构成）通过第一种连接发射极的槽型栅极结构（由46和48构成）和/或所述用于控制开关的槽型栅极结构（由47和49构成）相互隔离；所述用于控制开关的槽型栅极结构（由47和49构成）包括第一绝缘介质层49和被所述第一绝缘介质层包围的第一导体区47；所述第一绝缘介质层49与所述发射区44、所述基区（由41和43构成）、所述载流子存储层33以及所述超结耐压层中的第一导电类型的半导体区31均直接接触，或与所述发射区44、所述基区（由41和43构成）、所述阱区42、所述载流子存储层33、所述超结耐压层中的第一导电类型的半导体区31以及所述超结耐压层中的第二导电类型的半导体区32均直接接触；所述第一导体区47的上表面覆盖有栅极导体3，并通过导线连接至栅极G；所述第一种连接发射极的槽型栅极结构（由46和48构成）包括第二绝缘介质层48和被所述第二绝缘介质层包围的第二导体区46；所述第二绝缘介质层48与所述基区（由41和43构成）、所述阱区42、所述载流子存储层33、所述超结耐压层中的第一导电类型的半导体区31以及所述超结耐压层中的第二导电类型的半导体区32均直接接触；所述第二导体区46的上表面覆盖有发射极导体2，并通过导线连接至所述发射极E；所述用于控制开关的槽型栅极结构（由47和49构成）的底部和所述第一种连接发射极的槽型栅极结构（由46和48构成）的底部均分别被重掺杂的第二导电类型的半导体区35包围；所述重掺杂的第二导电类型的半导体区35与所述超结耐压层（由31和32构成）直接接触；所述第一导体区47和所述第二导体区46是由重掺杂的多晶半导体材料构成；所述第一导电类型为n型时，所述第二导电类型为p型；所述第一导电类型为p型时，所述第二导电类型为n型。
[0005]参考图6
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8，在所述超结耐压层中的第一导电类型的半导体区31和/或所述超结耐压层中的第二导电类型的半导体区32上方含有第二种连接发射极的槽型栅极结构（由50和51构成）；所述第二种连接发射极的槽型栅极结构（由50和51构成）包括第三绝缘介质层51
和被所述第三绝缘介质层包围的第三导体区50，所述第三绝缘介质层51与所述基区（由41和43构成）、所述载流子存储层33以及所述超结耐压层中的第一导电类型的半导体区31均直接接触，或与所述阱区42以及所述超结耐压层中的第二导电类型的半导体区32均直接接触，所述第三导体区50的上表面覆盖有发射极导体2，并通过导线连接至所述发射极E；所述第二种连接发射极的槽型栅极结构（由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆导型超结绝缘栅双极型晶体管器件，其元胞结构包括：集电结构，位于所述集电结构之上的轻掺杂的第一导电类型的辅助层，位于所述辅助层之上的超结耐压层，位于所述超结耐压层之上的第二导电类型的基区以及第二导电类型的阱区，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、所述基区以及所述超结耐压层均接触的用于控制开关的槽型栅极结构，其特征在于：所述集电结构由至少一个第二导电类型的集电区，至少一个第一导电类型的集电区以及至少一个第一导电类型的缓冲区构成；所述缓冲区的下表面与所述第二导电类型的集电区以及所述第一导电类型的集电区均直接接触，所述缓冲区的上表面与所述辅助层直接接触；所述元胞结构中包含背面槽型绝缘介质区，所述背面槽型绝缘介质区深入所述辅助层；所述背面槽型绝缘介质区的侧面与所述第二导电类型的集电区、所述第一导电类型的集电区和所述缓冲区均直接接触，所述背面槽型绝缘介质区将所述第二导电类型的集电区与所述第一导电类型的集电区相互隔离；所述背面槽型绝缘介质区的侧面通过第二导电类型的浮空区与所述辅助层间接接触，所述背面槽型绝缘介质区的顶部通过第一导电类型的截止环与所述辅助层间接接触；所述第一导电类型的集电区、所述第二导电类型的集电区、所述背面槽型绝缘介质区的下表面覆盖有集电极导体，并通过导线连接至集电极；所述超结耐压层由交替排列的第一导电类型的半导体区与第二导电类型的半导体区构成，所述超结耐压层中的第一导电类型的半导体区的侧面与所述超结耐压层中的第二导电类型的半导体区的侧面相互接触；所述超结耐压层的下表面与所述辅助层直接接触；所述基区的下表面通过一个第一导电类型的载流子存储层与所述超结耐压层中的第一导电类型的半导体区接触；所述基区的上表面至少有部分覆盖有发射极导体，并通过导线连接至发射极；所述基区中有至少一个重掺杂区与所述发射极导体直接接触，以便形成欧姆接触；所述发射区的上表面覆盖有发射极导体，并通过导线连接至所述发射极；所述阱区的下表面与所述超结耐压层中的第二导电类型的半导体区直接接触；所述阱区与所述基区通过第一种连接发射极的槽型栅极结构和/或所述用于控制开关的槽型栅极结构相互隔离；所述用于控制开关的槽型栅极结构包括第一绝缘介质层和被所述第一绝缘介质层包围的第一导体区；所述第一绝缘介质层与所述发射区、所述基区、所述载流子存储层以及所述...

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