一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构制造技术

本发明专利技术提供了一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，该结构在具有浮空P区的常规沟槽栅IGBT结构的基础上，在浮空P区上方添加钳位二极管，首先将浮空P区上方的场氧开槽，离子注入形成二极管的P+端，然后在开槽处沉积N+掺杂的多晶硅组成钳位二极管，最后将N+多晶硅连接器件发射极。钳位二极管在器件开启阶段通过将浮空P区钳位至低电位，从而降低了密勒电容并抑制从浮空P区流向栅极的反向栅极充电电流，进而使栅极电阻对器件集电极

【技术实现步骤摘要】
一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构


[0001]本专利技术涉及半导体领域，具体涉及一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极晶体管(Insulate Gate Bipolar Transistor，IGBT)作为当今电力电子应用中的焦点元件，其器件特性一直在飞速迭代。然而随着IGBT耐压、导通压降等静态特性近年来的不断发展，其静态特性优化已接近理论极限。因此，越来越多的研究人员转而对IGBT的开关特性进行研究。
[0003]随着浮空P区IGBT的专利技术与进一步研究，IGBT的导通压降V
CE(ON)
与关断损耗E
OFF
的折中关系得到了极大地改善。但同时，研究者也发现该结构由于浮空P区空穴的不断积累，导致电位升高，从而产生浮空P区流向栅极的位移电流，该电流的产生会导致栅极电压发生意料之外的变化，造成栅极电阻R
g
无法较好地调控IGBT的集电极电压和电流的变化率dV
CE
/dt和dI
C
/dt，最终在系统中引发较为严重的电磁干扰EMI噪声问题。因此解决浮空P区IGBT的这一问题，已成为学者们的研究焦点。

技术实现思路

[0004]针对增加IGBT的栅极可控性，进而改善器件EMI噪声特性的需求，本专利技术提供了一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构如图1所示。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，其元胞结构包括：P型集电区(1)，N型缓冲层(2)和N型漂移区(3)，正面结构包含载流子存储层(4)、P型基区(5)、P+型发射区(6)和N+型发射区(7)、P型浮空区(8)、P型二极管区(9)和多晶硅N型二极管区(10)。发射区间有SiO2氧化层(11)和多晶硅(12)构成的栅极。其中载流子存储层(4)、P型基区(5)、P+型发射区(6)和N+型发射区(7)构成主流区，在导通阶段提供主要电流通路；P型浮空区(8)、P型二极管区(9)和多晶硅N型二极管区(10)组成支流区，为空穴电流额外通路。
[0006]本专利技术的技术方案相对常规IGBT结构，主要针对IGBT的浮空P区结构进行改进。所述P型浮空区(8)上的P型二极管区(9)和多晶硅N型二极管区(10)构成PN钳位二极管，并通过欧姆接触连接发射极，从而将所述P型浮空区(8)在开启阶段钳位至低电位。
[0007]进一步地，改变P型浮空区(8)的深度，使其比沟槽栅深度稍大，从而改变所述结构在开启阶段聚集发射极侧的载流子分布，达到减小导通压降的效果。
[0008]本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，该结构在常规IGBT结构的基础上，在P型浮空区上方添加钳位二极管。钳位二极管在器件开启阶段通过将P型浮空区钳位至低电位，从而抑制从P型浮空区流向栅极的位移电流，同时将影响密勒电容C
GC
的栅氧层等效电容转移至栅极
‑
发射极电容C
GE
中，降低了密勒电容，进而使栅极电阻对器件集电极
‑
发射极电压有更好的可控性，并降低EMI噪声。同时，在器件关断阶段，由于钳位二极管形成额外的空穴提取路径，基区空穴的提取速率得到了提升，从而
提高关断时间，降低关断损耗。除此之外，改变IGBT中浮空P区的深度，使导通时载流子分布向P基区下方集中，提高了导通压降。
附图说明
[0009]图1为本专利技术的结构示意图；
[0010]图2为常规IGBT的结构示意图；
具体实施方式
[0011]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0012]本专利技术提出了实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，其元胞结构包括：P型集电区(1)，N型缓冲层(2)和N型漂移区(3)，载流子存储层(4)，P型基区(5)，P+型发射区(6)，N+型发射区(7)，P型浮空区(8)，P型二极管区(9)和多晶硅N型二极管区(10)。发射区间有SiO2氧化层(11)和多晶硅(12)构成的栅极。其中载流子存储层(4)、P型基区(5)、P+型发射区(6)和N+型发射区(7)构成主流区，在导通阶段提供主要电流通路；P型浮空区(8)、P型二极管区(9)和多晶硅N型二极管区(10)组成支流区，为空穴电流额外通路。
[0013]本专利技术的技术方案相对常规IGBT结构，主要针对IGBT的P型浮空区结构进行改进。所述结构通过在P型浮空区(8)上方刻蚀一定面积的场氧，开出连接半导体的通路，然后通过离子注入与推结形成P型二极管区(9)，再沉积高掺杂的多晶硅N型二极管区(10)形成PN钳位二极管，并通过欧姆接触连接发射极，从而将所述P型浮空区(8)在开启阶段钳位至低电位，抑制从P型浮空区(8)流向栅极的位移电流，同时消除栅氧层等效电容对密勒电容C
GC
的影响，降低了密勒电容，使栅极电阻对器件开启时的电压与电流有更好的可控性，最终达到降低EMI噪声的效果。同时，在器件关断阶段，钳位二极管形成额外的空穴提取路径能够提高关断时间，降低关断损耗。
[0014]进一步地，改变P型浮空区(8)的深度，使其比沟槽栅深度稍大，从而改变所述结构在开启阶段聚集发射极侧的载流子分布，达到减小导通压降的效果。
[0015]综上所述，本专利技术提供了一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，该结构在常规IGBT结构的基础上，在P型浮空区上方添加钳位二极管。钳位二极管在器件开启阶段通过将P型浮空区钳位至低电位，抑制从P型浮空区流向栅极的位移电流，同时降低密勒电容，进而增强栅极电阻对器件开启过程的可控性，并降低EMI噪声。同时，钳位二极管在器件关断阶段会形成额外的空穴提取路径，从而提高关断时间，降低关断损耗。除此之外，改变IGBT中浮空P区的深度，使导通时载流子分布向P基区下方集中，提高了导通压降。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，其元胞结构从下往上依次为：P型集电区(1)，N型缓冲层(2)和N型漂移区(3)，正面结构包含由载流子存储层(4)、P型基区(5)、P+型发射区(6)和N+型发射区(7)所组成的主流区，以及由P型浮空区(8)、P型二极管区(9)和多晶硅N型二极管区(10)所构成的支流区；发射区间有SiO2氧化层(11)和多晶硅(12)构成的栅极。2.根据权利要求1所述的实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，其特征在于，所述P型浮空区(8)上的P型二极管区(9)和多晶硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍伟，喻明康，高崇兵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：