CN102354706A

CN102354706A - 一种具有p型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管

Info

Publication number: CN102354706A
Application number: CN2011103096252A
Authority: CN
Inventors: 李泽宏; 单亚东; 张金平; 张波; 任敏
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China; Institute of Electronic and Information Engineering of Dongguan UESTC
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2012-02-15

Abstract

一种具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，属于半导体功率器件技术领域。本发明在传统沟槽型绝缘栅双极型晶体管结构的基础上，在N^-漂移区内引入P型埋岛结构。当器件反向阻断时，P型埋岛结构及其附近的N^-漂移区耗尽，通过P型埋岛结构引入正电荷的附加电场，降低了沟槽型栅底部的电场尖峰，从而提高了器件的耐压。当器件正向导通时，所引入的P型埋岛结构对正向特性无影响。本发明适用于高压半导体功率器件和功率集成电路领域。

Description

一种具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种新型的功率半导体器件。它既具有MOSFET的输入阻抗高、驱动功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。因此，IGBT具有高压、大电流、高速的三大特点，这是其他功率器件所不能比拟的。IGBT作为功率开关管或功率输出管广泛应用于电磁炉、UPS不间断电源、汽车电子点火器、三相电动机变频器、电焊机开关电源等产品中，现已成为电力电子领域的主流产品之一。

1982年美国RCA公司和GE公司发明了IGBT，设计者很巧妙地将VDMOS的N⁺衬底换成P⁺衬底，引入电导调制效应，从而大大降低了导通电阻。经过几十年的发展，IGBT的工艺技术和器件结构得到了不断的改进和提高，IGBT已由第一代发展到第六代，其电性能参数日趋完善。

IGBT结构有平面型和沟槽型两种。相比于平面型结构，沟槽型结构通过引入沟槽栅消除了JFET区电阻效应并且增大了MOS栅沟道的密度，有效的降低了正向导通压降、从而大大的降低了器件的导通损耗并减小了器件的面积。在当前能源消耗日益增大，特别是电力供需矛盾日益尖锐的情况下，沟槽型IGBT结构因其损耗小、体积小、重量轻和成本低等优点，在中低压领域得到广泛的应用。然而在高压领域，IGBT器件却很少采用沟槽栅结构，这是因为在沟槽型IGBT结构的沟槽栅末端形成的边缘效应，容易形成电场集中，在器件漂移区还没有足够耗尽的情况下，器件就在沟槽栅末端击穿，使器件在较低电压下击穿。

发明内容

为了改善沟槽型绝缘栅双极型晶体管的不足，本发明提供一种具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管。本发明在传统沟槽型绝缘栅双极型晶体管的基础上，在N^-漂移区内引入P型埋岛结构。当器件在反向阻断时，P型埋岛结构及其附近的N^-漂移区4耗尽，通过P型埋岛结构引入正电荷的附加电场，降低了沟槽栅底部的电场尖峰。因此，在相同的沟槽栅末端临界击穿电场下，与一般沟槽栅IGBT相比，本发明提出的具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，击穿时的耗尽区的长度大，器件的耐压性能得到提高。当器件正向导通时，所引入的P型埋岛结构离沟道处较远，对正向特性无影响。

本发明技术方案如下：

一种具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，如图2和图3所示，所述绝缘栅双极型晶体管的N^-漂移区4内具有P型埋岛结构12。

上述方案中：

所述P型埋岛结构12截面形状可以是方形、条形、三角形、梯形、圆形或椭圆形。

所述P型埋岛结构12可以是单岛结构(如图2所示)，也可以是双岛或多岛结构(如图3所示)。

所述绝缘栅双极型晶体管的集电极可以是电场终止结构、透明阳极结构或阳极短路结构。

所述P型埋岛结构12的浓度、厚度、形状、个数等可根据设计要求而相应变化。所述绝缘栅双极型晶体管的半导体材料可采用硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)或者氮化镓(GaN)等。

本发明的有益效果表现在：

本发明在传统沟槽型绝缘栅双极型晶体管结构的基础上，通过在N^-漂移区内引入P型埋岛结构12。当器件反向阻断时，P型埋岛结构12及其附近的N^-漂移区4耗尽，通过P型埋岛结构12引入正电荷的附加电场，降低了沟槽型栅底部的电场尖峰，从而提高了器件的耐压。当器件正向导通时，P型埋岛结构12距离纵向沟道区域有一定的距离，因而引入的P型埋岛结构12对器件的阈值电压无影响，对正向特性无影响。所述绝缘栅双极型晶体管可适用于高压的半导体功率器件和功率集成电路领域。

附图说明

图1是传统的沟槽型绝缘栅双极型晶体管结构示意图。

图2和图3是本发明提出的具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管结构示意图。

图1至图3中，1为集电极，2为P⁺集电区，3为N⁺电场阻止层，4为N^-漂移区，5为栅氧，6为栅极，7为栅极和发射极之间的绝缘层，8为P^-基区，9为P⁺接触区，10为N⁺接触区，11发射极，12为P型埋岛结构。

图4是仿真获得的传统沟槽型绝缘栅双极型晶体管和本发明提供的具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管的击穿电压对比。从图中可以看出与传统的沟槽型绝缘栅双极型晶体管结构相比，本发明提供的具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管具有更高的击穿电压。

图5和图6是上述器件击穿时沿着沟槽栅末端的横向和纵向电场分布示意图。从图中可以看出与传统的沟槽型绝缘栅双极型晶体管结构相比，本发明提供的具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管通过P型埋岛结构12引入正电荷的附加电场，降低了沟槽型栅底部的电场尖峰，从而提高了器件的耐压。

具体实施方式

本发明在传统沟槽型绝缘栅双极型晶体管结构的基础上，通过在体内引入P型埋岛环结构12，提出具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管。当器件反向阻断时，P型埋岛结构12及其附近的N^-漂移区4耗尽，通过P型埋岛结构12引入正电荷的附加电场，降低了沟槽型栅底部的电场尖峰，扩展了耗尽区长度，从而提高了器件的耐压。

本发明适用于高压半导体功率器件和功率集成电路领域。

一种具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，具体制备工艺与一般的Trench-IGBT的生产工艺工基本相同，不同之处是需要对一般Trench-IGBT的终端环mask版进行修改，加入P型埋岛结构12，使P型埋岛结构12和终端环结构采用同一张版。P型埋岛结构和终端环结构的深度一致，所需要的离子浓度相当，因而在形成终端环的过程中，也会同时形成P型埋岛结构12。只需要控制修改mask版上P型埋岛结构的大小和位置，就可以控制P型埋岛结构12在Trench-IGBT中的形状和位置。

Claims

1.一种具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管的N^-漂移区(4)内具有P型埋岛结构(12)。

2.根据权利要求1所述的具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述P型埋岛结构(12)的截面形状为方形、条形、三角形、梯形、圆形或椭圆形。

3.根据权利要求1或2所述的具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述P型埋岛结构(12)为单岛结构。

4.根据权利要求1或2所述的具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述P型埋岛结构(12)为双岛或多岛结构。

5.根据权利要求1或2所述的具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管的集电极为电场终止结构、透明阳极结构或阳极短路结构。

6.根据权利要求1或2所述的具有P型埋岛结构的沟槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管的半导体材料采用硅、碳化硅、砷化镓或者氮化镓。