CN116072720A - 一种rc-igbt的正面结构 - Google Patents
一种rc-igbt的正面结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116072720A CN116072720A CN202211735236.0A CN202211735236A CN116072720A CN 116072720 A CN116072720 A CN 116072720A CN 202211735236 A CN202211735236 A CN 202211735236A CN 116072720 A CN116072720 A CN 116072720A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- implants
- igbt
- bipolar transistor
- gate bipolar
- dummy gates
- 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.)
- Pending
Links
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims description 42
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 18
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 18
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Images
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
- H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
- H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
- H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
-
- 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
- H01L29/0603—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 particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—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 particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—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 particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—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 particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
- H01L29/0634—Multiple reduced surface field (multi-RESURF) structures, e.g. double RESURF, charge compensation, cool, superjunction (SJ), 3D-RESURF, composite buffer (CB) structures
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)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种RC‑IGBT的正面结构，属于半导体器件制造技术领域。本发明通过在逆导型绝缘栅双极型晶体管中采用假栅结构以及在假栅之间引入了相互交替的NP注入，优化了绝缘栅双极型晶体管的短路能力以及饱和压降与关断损耗折衷性能等器件参数，并且实现了对二极管导通损耗、反向恢复损耗以及绝缘栅双极型晶体管输入电容、输出电容等参数的调节。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件制造技术领域，具体涉及一种RC-IGBT的正面结构。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(Insulator Gate Bipolar Transistors，即IGBT)目前的栅技术主要分为平面(Planar)栅与沟槽(Trench)栅，沟槽栅相比于平面栅，具有更小的元胞面积，更高的发射极端载流子浓度，因此能够在相同芯片面积上增加器件电流密度，降低器件通态损耗。在实际应用中，多数负载呈感性，因此会给绝缘栅双极型晶体管反向并联一个快速恢复二极管(Fast Recovery Diode，即FRD)，给感性负载提供续流回路，否则电感上的过电压可能损耗绝缘栅双极型晶体管。逆导型绝缘栅双极型晶体管(Reverse Conducting-Insulator Gate Bipolar Transistors，即RC-IGBT)把绝缘栅双极型晶体管与快恢复二极管集成在单个芯片上，可以缩小绝缘栅双极型晶体管的应用面积，降低应用成本。
传统的逆导型绝缘栅双极型晶体管的载流子储存层(Carrier Storage，即CS层)如图1所示，位于P阱(P-Well，即PW)下方，载流子储存层可进一步增加发射区附近载流子的浓度，其作用不仅可以降低绝缘栅双极型晶体管的通态损耗，也可以降低快恢复二极管的阳极注入和反向恢复损耗，但载流子储存层会损失绝缘栅双极型晶体管的耐压，并且快恢复二极管阳极注入过低后会因为载流子注入效率降低而带来导通损耗增加以及关断曲线软度降低的问题。快恢复二极管如果关断太硬，可能会在杂散电感的作用下，出现过高的电压尖峰，造成二极管的损坏，并且电流下降阶段斜率过大也会产生一定的电流震荡和电磁干扰。
发明内容
本发明以实现更优的逆导型绝缘栅双极型晶体管与快恢复二极管的性能匹配为目的，提供了一种RC-IGBT的正面结构。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种RC-IGBT的正面结构，RC-IGBT的元胞包括连接栅极的沟槽001，所述沟槽001的左右两侧的至少一侧开设有相邻的至少两个作为所述RC-IGBT的假栅的沟槽002。
作为优选，相邻假栅之间引入有与P注入006交替分布的N注入007。
作为优选，设置在假栅之间的所述P注入006和所述N注入007沿所述沟槽002的长度方向交替分布。
作为优选，引入在相邻假栅之间的所述P注入006上开设有用于连接发射极的接触孔008。
作为优选，所述接触孔008为方形。
作为优选，交替分布在假栅之间的所述P注入006与所述N注入007的注入面积相同或不同。
作为优选，所述沟槽001的两侧设置有N阱003、P阱004和用于连接发射极的条形接触孔005，引入在相邻假栅之间的所述N注入007的注入浓度低于所述N阱003的注入浓度。
作为优选，引入在相邻假栅之间的所述N注入007的注入深度大于等于交替分布的所述P注入006。
本发明具有以下有益效果：
在逆导型绝缘栅双极型晶体管中采用了假栅结构以及在假栅之间引入了相互交替的NP注入，优化了绝缘栅双极型晶体管的短路能力以及饱和压降与关断损耗折衷性能等器件参数，并且实现了对二极管导通损耗、反向恢复损耗以及绝缘栅双极型晶体管输入电容、输出电容等参数的调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是传统逆导型绝缘栅双极型晶体管的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的逆导型绝缘栅双极型晶体管的结构示意图；
图3是图2中所示的发射极沟槽之间相互交替的NP注入截面的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供的一种RC-IGBT为沟槽栅逆导型绝缘栅双极型晶体管，如图2所示，其元胞包括连接栅极的沟槽001，沟槽001的左右两侧的至少一侧开设有相邻的至少两个作为RC-IGBT的假栅的沟槽002，沟槽002连接发射极或不接电极，栅沟槽001两侧设置有条形N注入(即N阱)003、条形P注入(即P阱)004以及条形接触孔(用于连接发射极)005；条形P注入深度不超过沟槽深度，确保栅极控制晶体管的开启；条形N注入为常规注入深度，优选为0.5μm。沟槽002作为逆导型绝缘栅双极型晶体管的假栅，用于降低器件电流密度，优化器件饱和压降与关断损耗，增强器件短路能力以及调节器件电容参数。本实施例通过在逆导型绝缘栅双极型晶体管中采用多个假栅结构，优化了绝缘栅双极型晶体管饱和压降与关断损耗的性能折中，增强了绝缘栅双极型晶体管的短路能力。
另外，如图2所示，本实施例在假栅之间引入了与P注入006交替分布的N注入007(相互交替的NP注入截面的示意图请参照图3)，作为横向分布(设置在假栅之间的P注入和N注入沿所述沟槽002的长度方向交替分布)的载流子储存层，可提高发射极端的载流子浓度，降低绝缘栅双极型晶体管的导通损耗，并且不损失其耐压。
为便于引入在相邻假栅之间的P注入与发射极相连，优选地，如图2所示，引入在相邻假栅之间的P注入上开设有用于连接发射极的接触孔008。更优选地，接触孔008为方形。
引入在相邻假栅之间的N注入无接触孔不连接电极。
优选地，交替分布在假栅之间的P注入与N注入的注入面积相同或不同。通过调整交替分布的P注入和N注入的注入面积，可调节快恢复二极管的导通损耗、反向恢复损耗以及关断软度等参数，以匹配逆导型绝缘栅双极型晶体管对快恢复二极管的参数要求。
优选地，引入在相邻假栅之间的N注入007的注入浓度低于N阱003的注入浓度，这样做的目的是N注入007浓度不宜过高，浓度过高有可能会导致二极管极低的注入效率，影响二极管的使用。
优选地，引入在相邻假栅之间的N注入007的注入深度大于等于交替分布的P注入006，这样做的目的是保证载流子在N注入007区域的流通，更好的起到横向分布的载流子储存层作用。
综上，本发明通过在逆导型绝缘栅双极型晶体管中采用多个假栅结构，优化了绝缘栅双极型晶体管饱和压降和关断损耗的性能折中，增强了绝缘栅双极型晶体管的短路能力。在假栅之间引入了与P注入交替分布的N注入，作为横向分布的载流子储存层，在一定程度上可提高发射极端的载流子浓度，降低绝缘栅双极型晶体管的导通损耗，并且不损失其耐压。除此之外，P注入连接发射极，也可通过改变P注入面积调整器件输入电容、输出电容参数。通过相互交替的N与P注入面积比例的优化，可调节快恢复二极管的导通损耗、反向恢复损耗以及关断软度等参数，以匹配逆导型绝缘栅双极型晶体管的快恢复二极管的参数要求。
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。
Claims (8)
1.一种RC-IGBT的正面结构，其特征在于，RC-IGBT的元胞包括连接栅极的沟槽(001)，所述沟槽(001)的左右两侧至少一侧开设有相邻的至少两个作为所述RC-IGBT的假栅的沟槽(002)。
2.根据权利要求1所述的一种RC-IGBT的正面结构，其特征在于，相邻假栅之间引入有与P注入(006)交替分布的N注入(007)。
3.根据权利要求2所述的一种RC-IGBT的正面结构，其特征在于，设置在假栅之间的所述P注入(006)和所述N注入(007)沿所述沟槽(002)的长度方向交替分布。
4.根据权利要求2或3所述的一种RC-IGBT的正面结构，其特征在于，引入在相邻假栅之间的所述P注入(006)上开设有用于连接发射极的接触孔(008)。
5.根据权利要求4所述的一种RC-IGBT的正面结构，其特征在于，所述接触孔(008)为方形。
6.根据权利要求2所述的一种RC-IGBT的正面结构，其特征在于，交替分布在假栅之间的所述P注入(006)与所述N注入(007)的注入面积相同或不同。
7.根据权利要求2所述的一种RC-IGBT的正面结构，其特征在于，所述沟槽(001)的两侧设置有N阱(003)、P阱(004)和用于连接发射极的条形接触孔(005)，引入在相邻假栅之间的所述N注入(007)的注入浓度低于所述N阱003的注入浓度。
8.根据权利要求2所述的一种RC-IGBT的正面结构，其特征在于，引入在相邻假栅之间的所述N注入(007)的注入深度大于等于交替分布的所述P注入(006)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211735236.0A CN116072720A (zh) | 2022-12-31 | 2022-12-31 | 一种rc-igbt的正面结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211735236.0A CN116072720A (zh) | 2022-12-31 | 2022-12-31 | 一种rc-igbt的正面结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116072720A true CN116072720A (zh) | 2023-05-05 |
Family
ID=86174267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211735236.0A Pending CN116072720A (zh) | 2022-12-31 | 2022-12-31 | 一种rc-igbt的正面结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116072720A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117637830A (zh) * | 2023-11-20 | 2024-03-01 | 海信家电集团股份有限公司 | 半导体装置 |
| CN117650166A (zh) * | 2023-10-31 | 2024-03-05 | 海信家电集团股份有限公司 | 半导体装置 |
-
2022
- 2022-12-31 CN CN202211735236.0A patent/CN116072720A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117650166A (zh) * | 2023-10-31 | 2024-03-05 | 海信家电集团股份有限公司 | 半导体装置 |
| CN117637830A (zh) * | 2023-11-20 | 2024-03-01 | 海信家电集团股份有限公司 | 半导体装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN116072720A (zh) | 一种rc-igbt的正面结构 | |
| US6054748A (en) | High voltage semiconductor power device | |
| EP2003694B1 (en) | Semiconductor device | |
| KR100576303B1 (ko) | 절연게이트형 트랜지스터 | |
| JP4984345B2 (ja) | 半導体装置 | |
| CN105531825A (zh) | 半导体装置及半导体装置的制造方法 | |
| JPH08316479A (ja) | 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法 | |
| CN108231878B (zh) | 一种双向沟槽栅电荷存储型igbt及其制作方法 | |
| WO2010039842A1 (en) | Insulated gate bipolar transistor | |
| CN110416294B (zh) | 一种高耐压低损耗超结功率器件 | |
| CN110491937B (zh) | 一种具有自偏置分离栅结构igbt | |
| CN113054009A (zh) | 一种沟槽igbt芯片 | |
| WO2022252654A1 (zh) | 逆导型横向绝缘栅双极型晶体管 | |
| CN109065618A (zh) | 一种具有稳固短路承受能力的igbt | |
| CN111129129A (zh) | 陪栅浮空型沟槽栅igbt芯片 | |
| CN203339170U (zh) | 绝缘栅双极型晶体管 | |
| CN108321192B (zh) | 一种双向沟槽栅电荷存储型igbt及其制作方法 | |
| CN108122962B (zh) | 一种绝缘栅双极型晶体管 | |
| JP2012028719A (ja) | 絶縁ゲート型半導体装置 | |
| JP6806213B2 (ja) | 半導体素子 | |
| CN111293168B (zh) | Igbt器件及其制造方法 | |
| CN213519979U (zh) | 一种半导体绝缘栅双极型晶体管结构 | |
| CN116632059B (zh) | 一种发射极伸入衬底凹槽的igbt芯片 | |
| CN113838915B (zh) | 一种沟槽栅电荷存储型igbt及其制作方法 | |
| CN216849942U (zh) | 一种导通关断特性好的沟槽绝缘栅双极型晶体管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |