CN106252399B - 一种逆导型igbt - Google Patents

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Abstract

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及一种逆导型IGBT。本发明的逆导型IGBT，其技术方案是：在N型高阻半导体材料表面形成P型区，所述P型区表面沿器件横向方向并列交替形成N型发射区和P型体接触区。在N型发射区中具有介质槽，由位于槽内壁的绝缘介质层和由绝缘介质层包围的导电材料构成，形成槽栅结构；所述N型发射区和P型体接触区的共同引出端为发射极电极。在N型高阻半导体材料的背面，沿器件横向方向由连续交替变换的N型区和P型区形成集电区，所述N型和P型区的共同引出端为集电极。其特征在于：所述集电区的顶部引入具有电场截止作用的重掺杂N型岛，重掺杂N型岛沿器件横向方向间断分布，相邻重掺杂N型岛之间为高阻N型漂移区。

Description

一种逆导型IGBT
技术领域
本发明属于功率半导体技术领域，特别涉及一种逆导型IGBT。
背景技术
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)因其兼具MOSFET的驱动功率小、开关速度快以及BJT的导通压降小、电流大等诸多优势而在众多功率器件中备受青睐，现已被广泛应用于电力电子系统中实现对电能的控制与转化。说明书附图1所示为采用了IGBT的桥式逆变电路，为了给感性负载向直流电源反馈的无功能量提供泄放通道，需要给每个IGBT都反并联一个二极管。出于降低成本以及减少封装带来的各种寄生效应的考虑，业界的一般做法是将IGBT和反并联的二极管集成在一块芯片上形成逆导型IGBT。相比传统IGBT结构，逆导型IGBT背面的P型集电区被一部分N型集电区所取代。逆导型IGBT面临的主要问题是其工作在正向导通状态下存在集电极电压的回跳现象(snapback)，如说明书附图2所示。电压回跳现象产生的原因是逆导型IGBT在正向导通时存在由单极模式向双极模式的转换。电压回跳现象易造成IGBT模块中电流的局部集中，进而导致局部功耗过大而烧毁器件。
传统逆导型IGBT消除电压回跳现象的措施是大幅增加P型集电区对集电区总长度的占比，然而这种方法会大大降低N型集电区对集电区总长度的占比，从而增大反向导通时的二极管压降。本发明不仅有效抑制电压回跳现象，而且使逆导型IGBT的正反向导通性能均大幅改善。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种消除电压回跳现象的逆导型IGBT。
本发明的技术方案：一种逆导型IGBT，在N型高阻半导体表面形成P型区1，所述P型区1表面沿器件横向方向并列交替形成N型发射区3和P型体接触区4；在N型发射区3中部形成贯穿P型区1且底部与N型高阻半导体相接触的介质槽2，介质槽2由位于槽内壁的绝缘介质层21和由绝缘介质层21包围的导电材料22构成，由介质槽2中的导电材料22引出栅电极，形成槽栅结构；所述N型发射区3和P型体接触区4的共同引出端为发射极电极；在N型高阻半导体材料的背面，沿器件横向方向由连续交替变换的N型区51和P型区52形成集电区，所述N型区51和P型区52的共同引出端为集电极；所述集电区的顶部引入具有电场截止作用的重掺杂N型岛6，所述重掺杂N型岛6沿器件横向方向间断分布，相邻重掺杂N型岛6之间为高阻N型漂移区。
上述方案为槽栅结构的IGBT。
一种逆导型IGBT，在N型高阻半导体材料表面形成若干个P型阱区1，在P型阱区1表面沿器件横向方向并列形成N型发射区3和P型体接触区4，N型发射区3靠近P型阱区1边缘，P型体接触区4远离P型阱区1边缘，N型发射区3和P型体接触区4的共同引出端为发射极电极，所述N型发射区3与P型阱区1边缘有间距；在两相邻P型阱区1中的两个相邻 N型发射区3之间的半导体表面覆盖栅介质，栅介质表面覆盖导电材料形成平面栅结构，并引出栅电极；在N型高阻半导体材料的背面，由交替变换的N型区51和P型区52形成集电区，所述N型区51和P型区52的共同引出端为集电极电极；所述集电区的顶部引入具有电场截止作用的重掺杂N型岛6，所述重掺杂N型岛6沿器件横向方向间断分布，相邻重掺杂N 型岛之间6为高阻N型漂移区。
上述方案为平面栅结构。
本发明总的技术方案是：在N型高阻半导体材料表面形成P型区，所述P型区表面沿器件横向方向并列交替形成N型发射区和P型体接触区。在N型发射区中部形成贯穿P型区且底部与N型高阻半导体相接触的介质槽，介质槽由位于槽内壁的绝缘介质层和由绝缘介质层包围的导电材料构成，由介质槽中的导电材料引出栅电极，形成槽栅结构；所述N型发射区和P型体接触区的共同引出端为发射极电极。在N型高阻半导体材料的背面，沿器件横向方向由连续交替变换的N型区和P型区形成集电区，所述N型和P型区的共同引出端为集电极。所述集电区的顶部引入具有电场截止作用的重掺杂N型岛，所述重掺杂N型岛沿器件横向方向间断分布，相邻重掺杂N型岛之间为高阻N型漂移区。
进一步的，所述重掺杂N型岛6与集电区之间在器件纵向方向上的距离为ΔT，且满足Δ T≧0；所述器件纵向方向与器件横向方向位于同一水平面且相互平行。
进一步的，相邻重掺杂N型岛6沿器件横向方向上等间距。
进一步的，相邻重掺杂N型岛6沿器件横向方向上的间距在靠近N型集电区1的位置大于在远离N型集电区1的位置。
本发明的有益效果为，具有阈值电压较小、导通电阻进一步优化、以及较小的栅漏电容等优良特性。
附图说明
图1是采用IGBT的桥式逆变电路示意图；
图2是集电极电压回跳示意图；
图3是实施例1的结构示意图；
图4是实施例2的结构示意图；
图5是实施例3的结构示意图；
图6是实施例4的结构示意图；
图7 是实施例5的结构示意图；
图8 是实施例6的结构示意图；
图9 是实施例7的结构示意图；
图10 是实施例8的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述
实施例1，如图3所示，本例为沟槽栅逆导型IGBT。在N型高阻半导体材料表面形成P型区1，所述P型区表面沿器件横向方向并列交替形成N型发射区3和P型体接触区4。在N 型发射区3中部形成贯穿P型区且底部与N型高阻半导体相接触的介质槽2，介质槽由位于槽内壁的绝缘介质层21和由绝缘介质层包围的导电材料22构成，由介质槽中的导电材料引出栅电极，形成槽栅结构；所述N型发射区和P型体接触区的共同引出端为发射极电极。在 N型高阻半导体材料的背面，沿器件横向方向由连续交替变换的N型区51和P型区52形成集电区，所述N型和P型区的共同引出端为集电极。所述集电区的顶部引入具有电场截止作用的重掺杂N型岛6，所述重掺杂N型岛与集电区之间在器件纵向方向上接触；所述重掺杂N 型岛沿器件横向方向间断分布，且相邻重掺杂N型岛之间沿器件横向方向上的间距均为ΔL，相邻重掺杂N型岛之间为高阻N型漂移区。
本例的工作原理为：
相比传统逆导型IGBT，本实施例利用等间距分布的重掺杂N型岛取代连续的N-buffer 层，在保证正向阻断时场截止作用的情况下引入高阻通道，使器件在正向导通初期电子电流流经路径的分布电阻增加，从而实现集电结更易开启，更易进入双极模式。
实施例2
如图4所示，本例为沟槽栅逆导型IGBT。本例与实施例1的不同之处在于，相邻重掺杂 N型岛之间沿器件横向方向上的间距在靠近N型集电区1的位置大，在远离N型集电区1的位置小；表现在图4上，有ΔL1>ΔL2>ΔL3>ΔL4>ΔL5。
实施例3
如图5所示，本例为沟槽栅逆导型IGBT。本例与实施例1的不同之处在于，间断分布的重掺杂N型岛与集电区之间在器件纵向方向上有距离，且距离为ΔT。
实施例4
如图6所示，本例为沟槽栅逆导型IGBT。本例与实施例2的不同之处在于，间断分布的重掺杂N型岛与集电区之间在器件纵向方向上有距离，且距离为ΔT。
实施例5
如图7所示，本例为平面栅逆导型IGBT。本例在N型高阻半导体材料表面形成若干个P 型阱区1，在P型阱区表面沿器件横向方向并列形成N型发射区3和P型体接触区4，N型发射区靠近P型阱区边缘,P型体接触区远离P型阱区边缘,二者的共同引出端为发射极电极，所述N型发射区与P型阱区边缘有间距。在两相邻P型阱区中的两个相邻N型发射区3之间的半导体表面覆盖栅介质，栅介质表面覆盖导电材料形成平面栅结构，并引出栅电极。在N 型高阻半导体材料的背面，由交替变换的N型区51和P型区52形成集电区，所述N型和P 型区的共同引出端为集电极电极。所述集电区的顶部引入具有电场截止作用的重掺杂N型岛 6，所述重掺杂N型岛与集电区接触，且沿器件横向方向间断分布，相邻重掺杂N型岛之间沿器件横向方向上的间距均为ΔL，相邻重掺杂N型岛之间为高阻N型漂移区。
实施例6
如图8所示，本例为平面栅逆导型IGBT。本例与实施例5的不同之处在于，相邻重掺杂 N型岛之间沿器件横向方向上的间距在靠近N型集电区1的位置大，在远离N型集电区1的位置小；表现在图8上，有ΔL1>ΔL2>ΔL3>ΔL4>ΔL5。
实施例7
如图9所示，本例为平面栅逆导型IGBT。本例与实施例5的不同之处在于，间断分布的重掺杂N型岛与集电区之间在器件纵向方向上有距离，且距离为ΔT。
实施例8
如图10所示，本例为平面栅逆导型IGBT。本例与实施例6的不同之处在于，间断分布的重掺杂N型岛与集电区之间在器件纵向方向上有距离，且距离为ΔT。

Claims (2)

1.一种逆导型IGBT，在N型高阻半导体材料表面形成P型区(1)，所述P型区表面沿器件横向方向并列交替形成N型发射区(3)和P型体接触区(4)；在N型发射区(3)中部形成贯穿P型区且底部与N型高阻半导体相接触的介质槽(2)，介质槽(2)由位于槽内壁的绝缘介质层(21)和由绝缘介质层(21)包围的导电材料(22)构成，由介质槽(2)中的导电材料引出栅电极，形成槽栅结构；所述N型发射区(3)和P型体接触区(4)的共同引出端为发射极电极；在N型高阻半导体材料的背面，沿器件横向方向由连续交替变换的N型区(51)和P型区(52)形成集电区，所述N型区(51)和P型区(52)的共同引出端为集电极；所述集电区的顶部引入具有电场截止作用的重掺杂N型岛(6)，所述重掺杂N型岛(6)沿器件横向方向间断分布，相邻重掺杂N型岛(6)之间为N型高阻半导体；相邻重掺杂N型岛(6)之间沿器件横向方向上的间距在靠近N型区(51)处大于远离N型区(51)处。
2.一种逆导型IGBT，在N型高阻半导体材料表面形成若干个P型阱区(1)，在P型阱区表面沿器件横向方向并列形成N型发射区(3)和P型体接触区(4)，N型发射区(3)靠近P型阱区(1)边缘,P型体接触区(4)远离P型阱区(1)边缘,二者的共同引出端为发射极电极，所述N型发射区(3)与P型阱区(1)边缘有间距；在两相邻P型阱区(1)中的两个相邻N型发射区(3)之间的半导体表面覆盖栅介质，栅介质表面覆盖导电材料形成平面栅结构，并引出栅电极；在N型高阻半导体材料的背面，由交替变换的N型区(51)和P型区(52)形成集电区，所述N型区(51)和P型区(52)的共同引出端为集电极电极；所述集电区的顶部引入具有电场截止作用的重掺杂N型岛(6)，所述重掺杂N型岛(6)沿器件横向方向间断分布，相邻重掺杂N型岛(6)之间为N型高阻半导体；相邻重掺杂N型岛(6)沿器件横向方向上的间距在靠近N型区(51)处大于远离N型区(51)处。
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