CN106252399B - 一种逆导型igbt - Google Patents

一种逆导型igbt Download PDF

Info

Publication number
CN106252399B
CN106252399B CN201610786927.1A CN201610786927A CN106252399B CN 106252399 B CN106252399 B CN 106252399B CN 201610786927 A CN201610786927 A CN 201610786927A CN 106252399 B CN106252399 B CN 106252399B
Authority
CN
China
Prior art keywords
type
region
island
heavily doped
transverse direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610786927.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106252399A (zh
Inventor
罗小蓉
邓高强
周坤
刘庆
孙涛
黄琳华
张波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201610786927.1A priority Critical patent/CN106252399B/zh
Publication of CN106252399A publication Critical patent/CN106252399A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106252399B publication Critical patent/CN106252399B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

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。
CN201610786927.1A 2016-08-31 2016-08-31 一种逆导型igbt Active CN106252399B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610786927.1A CN106252399B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种逆导型igbt

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610786927.1A CN106252399B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种逆导型igbt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106252399A CN106252399A (zh) 2016-12-21
CN106252399B true CN106252399B (zh) 2019-03-29

Family

ID=58080609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610786927.1A Active CN106252399B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种逆导型igbt

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106252399B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107240603A (zh) * 2017-06-07 2017-10-10 电子科技大学 一种薄soi短路阳极ligbt
CN108565284A (zh) * 2018-03-07 2018-09-21 嘉兴斯达半导体股份有限公司 一种沟槽栅场截止逆导型igbt
CN109449202B (zh) * 2018-10-30 2021-10-22 广州工商学院 一种逆导双极型晶体管
CN115332330A (zh) * 2022-08-15 2022-11-11 重庆万国半导体科技有限公司 一种具有反向导通特性的igbt器件及其制备方法
CN117766390B (zh) * 2024-02-22 2024-05-10 南京华瑞微集成电路有限公司 一种具有自偏置结构的rc-igbt及其制作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5569941A (en) * 1992-10-20 1996-10-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Insulated gate semiconductor device with a buried gapped semiconductor region
CN102593168A (zh) * 2011-01-17 2012-07-18 英飞凌科技奥地利有限公司 半导体器件和逆导igbt
CN103383957A (zh) * 2013-07-08 2013-11-06 电子科技大学 一种逆导型igbt器件
CN103855202A (zh) * 2012-12-06 2014-06-11 江苏物联网研究发展中心 Igbt及其元胞结构、以及igbt的形成方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5569941A (en) * 1992-10-20 1996-10-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Insulated gate semiconductor device with a buried gapped semiconductor region
CN102593168A (zh) * 2011-01-17 2012-07-18 英飞凌科技奥地利有限公司 半导体器件和逆导igbt
CN103855202A (zh) * 2012-12-06 2014-06-11 江苏物联网研究发展中心 Igbt及其元胞结构、以及igbt的形成方法
CN103383957A (zh) * 2013-07-08 2013-11-06 电子科技大学 一种逆导型igbt器件

Also Published As

Publication number Publication date
CN106252399A (zh) 2016-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106252399B (zh) 一种逆导型igbt
CN105322002B (zh) 反向传导igbt
CN108198851A (zh) 一种具有增强载流子存储效应的超结igbt
CN108183130B (zh) 带有p型埋层的双栅载流子储存性igbt器件
CN107293579B (zh) 一种具有低导通压降的超结igbt
CN106206679B (zh) 一种逆导型igbt
CN108389901A (zh) 一种载流子存储增强型超结igbt
CN108389902B (zh) 一种含有背面槽栅的逆导型igbt
CN104350602B (zh) 绝缘栅型双极晶体管
EP3678190A1 (en) Semiconductor device
CN111048594B (zh) 一种集成快恢复二极管的SiC功率器件
CN110993687B (zh) 一种超结逆导型栅控双极型器件
CN109888007B (zh) 具有二极管钳位载流子存储层的soi ligbt器件
CN112928156B (zh) 一种浮空p柱的逆导型槽栅超结IGBT
CN108565284A (zh) 一种沟槽栅场截止逆导型igbt
CN109449202A (zh) 一种逆导双极型晶体管
CN109148591A (zh) 一种集成肖特基二极管的碳化硅槽栅mos器件
CN105932056B (zh) 一种具有超结的rb-igbt
CN109148572A (zh) 一种反向阻断型fs-gbt
CN109904221B (zh) 一种超结双向开关
CN114823863B (zh) 一种具有阳极槽的低功耗横向功率器件
CN110504305A (zh) 一种具有自偏置pmos钳位载流子存储层的SOI-LIGBT器件
CN107170802B (zh) 一种短路阳极soi ligbt
CN112928155B (zh) 一种浮空p柱的槽栅超结IGBT
CN102157550A (zh) 一种具有p埋层的纵向沟道SOI LIGBT器件单元

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant