CN204144267U - 一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及功率半导体器件领域，主要是一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，包括p型集电极，所述p型集电极上设置有载流子扩散层，在所述载流子扩散层上纵向设置有多根沟槽，所述载流子扩散层上横向设置有多排p型混合区，每排p型混合区包括多个独立的p型活性区和p型非活性区，各区块之间被所述沟槽隔开；本申请的双极型晶体管中设置有条纹状周期分离性元胞结构，发射极对应形成分离状，使得空穴在发射极未形成覆盖的区域发生积累效应，从而提高沟槽附近区域的载流子浓度，进一步降低导通压降。
Description
技术领域
本实用新型涉及功率半导体器件领域，主要是一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管广泛应用于电力电子行业的核心控制领域，沟槽栅是该类产品的核心技术之一，其主要目的可以实现更大的电流密度和更小的导通压降，从而减小器件尺寸并降低功耗。传统的绝缘栅双极型晶体管在制造正面结构时（沟槽栅一面），通常采用元胞区全覆盖的方式，该方式将导致器件在工作时空穴迅速溢出发射极，降低沟槽附近的区域载流子浓度较低，使得导通压降的降低受到限制。
现有技术中对双极型晶体管结构也进行了改进，如专利号为CN200920192176.6，申请日为2009-08-31，名称为“绝缘栅双极型晶体管”的实用新型专利，其技术方案为：本实用新型绝缘栅双极型晶体管，其包括在N-衬底表面进行低浓度的N-离子注入形成的衬底，形成在衬底表面的栅极氧化层，淀积在栅极氧化层上的多晶硅栅极，形成在栅极氧化层与N-衬底之间的p+阱区及位于p+阱区与栅极氧化层之间的N+阱区，位于N-衬底下方的背面注入区，位于注入区下方的集电极及位于栅极氧化层上方的发射极，在栅极氧化层下方的N-型衬底上增加了一个浓P型阱区；
再如专利申请号为CN201210333321.4，申请日为2012-09-11，名称为“一种集电极终端具有介质层的绝缘栅双极型晶体管”的发明专利，其技术方案为：一种集电极终端具有介质层的绝缘栅双极型晶体管，属于功率半导体器件和功率集成电路技术领域。本实用新型在传统的绝缘栅双极型晶体管结构的基础上，在器件终端集电极区域引入一层连续或不连续的介质层。
上述专利中， CN200920192176.6 的栅极为平面型， CN201210333321.4的创新在于背面，即在集电极的终端对应位置引入一层介质层，而正面结构（沟槽栅一面）仍然为传统结构，所以仍然存在导通过程中的载流子浓度较低的问题。
实用新型内容
为解决现有的双极型晶体管的导通压降的降低受到限制，现在提出一种条纹状周期分离性元胞结构，发射极对应形成分离状，使得空穴在发射极未形成覆盖的区域发生积累效应，从而提高沟槽附近区域的载流子浓度，进一步降低导通压降的一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管。
一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：包括p型集电极，所述p型集电极上设置有载流子扩散层，在所述载流子扩散层上纵向设置有多根沟槽，所述载流子扩散层上横向设置有多排p型混合区，每排p型混合区包括多个独立的p型活性区和p型非活性区，各区块之间被所述沟槽隔开；所述每排p型混合区上的p型活性区和p型非活性区间隔设置，并且相邻排上同一列上的p型活性区和p型非活性区间隔设置，所述每个p型活性区上设置有n型发射极，所述n型发射极呈H型。
所述p型集电极和载流子扩散层之间设置有场截止层。
所述场截止层为重掺n型层。
所述载流子扩散层为轻掺n型层；所述n型发射极为重掺n型层。
所述每排p型混合区的横向宽度为2um-20um，纵向宽度为2um-40um深度为2um-8um。
所述沟槽长度方向与p型混合区的长度方向垂直。
所述沟槽包括有呈U型的薄层绝缘层，所述薄层绝缘层内为n型填充多晶硅。
所述薄层绝缘层包括氧化硅和氮化硅。
所述n型填充多晶硅内掺杂有磷或砷。
所述沟槽的宽度为0.5um-2um，深度为2um-8um，相邻沟槽之间的间距为2um-8um。
所述H型的n型发射极两侧边依靠有所述薄层绝缘层，所述两侧边的宽度分别为0.5um-3um，所述H型两侧边之间的宽度为0.5um-8um，所述H型的深度为0.1um-1um。
所述p型活性区的掺杂杂质为硼，深度为2um-8um。
所述p型非活性区的掺杂杂质为硼，深度为2um-8um。
所述p型集电极的掺杂杂质为硼，深度为0.1um-2um。
所述场截止层掺杂杂质包括磷、硒、质子、硫、砷或者缺陷掺杂，深度为2um-20um。
所述轻掺n型区掺杂为磷或砷，采用气掺或中照硅片。
所述p型非活性区或/和p型活性区内设置有p型发射极。
所述p型发射极为重掺p型层。
本申请的优点在于：
1、本申请的双极型晶体管中设置有条纹状周期分离性元胞结构，发射极对应形成分离状，使得空穴在发射极未形成覆盖的区域发生积累效应，从而提高沟槽附近区域的载流子浓度，进一步降低导通压降。
2、本申请在沟槽栅一面，设置为为元胞区非全覆盖结构，并且本申请的栅极为沟槽型，与对比文件和现有技术的结构完全不同。
3、由于p型非活性区的存在，空穴将在p型非活性区下产生积累效应，从而提高发射极附近的载流子浓度，增强该区域的电导调制效应，减小导通电阻，从而降低导通压降。
4、混合的p型活性区和p型非活性区使得发射极附近的载流子积累更为均匀。
5、本申请的“H”型发射极结构可以避免因光刻精度而导致的位置偏离，使得两侧的n型发射极连在一起。
附图说明
图1为本申请基本结构图。
图2为图1中B-B’所在横截面图。
图3为相较图2增加了p型发射极。
图4在p型活性区及p型非活性区中均增加p型发射极。
图5为图1中A-A’所在横截面图。
图6为取消p型非活性区时的A-A’所在横截面图。
附图中： p型集电极101，场截止层102，载流子扩散层103，p型活性区1041，p型非活性区1042， n型发射极105，p型发射极106，薄层绝缘层201，沟槽202。
具体实施方式
实施例1
一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管包括p型集电极101，所述p型集电极101上设置有载流子扩散层103，在所述载流子扩散层103上纵向设置有多根沟槽202，所述载流子扩散层103上横向设置有多排p型混合区，每排p型混合区包括多个独立的p型活性区1041和p型非活性区1042，各区块之间被所述沟槽202隔开；所述每排p型混合区上的p型活性区1041和p型非活性区1042间隔设置，并且相邻排上同一列上的p型活性区1041和p型非活性区1042间隔设置，所述每个p型活性区1041上设置有n型发射极105，所述n型发射极105呈H型。
本申请的双极型晶体管中设置有条纹状周期分离性元胞结构，发射极对应形成分离状，使得空穴在发射极未形成覆盖的区域发生积累效应，从而提高沟槽202附近区域的载流子浓度，进一步降低导通压降。本申请在沟槽202栅一面，设置为为元胞区非全覆盖结构，并且本申请的栅极为沟槽202型，与对比文件和现有技术的结构完全不同。由于p型非活性区1042的存在，空穴将在p型非活性区1042下产生积累效应，从而提高发射极附近的载流子浓度，增强该区域的电导调制效应，减小导通电阻，从而降低导通压降。混合的p型活性区1041和p型非活性区1042使得发射极附近的载流子积累更为均匀。本申请的“H”型发射极结构可以避免因光刻精度而导致的位置偏离，使得两侧的n型发射极105连在一起。
实施例2
一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管包括p型集电极101，所述p型集电极101上设置有载流子扩散层103，在所述载流子扩散层103上纵向设置有多根沟槽202，所述载流子扩散层103上横向设置有多排p型混合区，每排p型混合区包括多个独立的p型活性区1041和p型非活性区1042，各区块之间被所述沟槽202隔开；所述每排p型混合区上的p型活性区1041和p型非活性区1042间隔设置，并且相邻排上同一列上的p型活性区1041和p型非活性区1042间隔设置，所述每个p型活性区1041上设置有n型发射极105，所述n型发射极105呈H型。
p型集电极101和载流子扩散层103之间设置有场截止层102。场截止层为重掺n型层。所述载流子扩散层103为轻掺n型层；所述n型发射极105为重掺n型层。每排p型混合区的横向宽度为2um-20um，纵向宽度为2um-40um深度为2um-8um。
沟槽202长度方向与p型混合区的长度方向垂直。沟槽202包括有呈U型的薄层绝缘层201，所述薄层绝缘层201内为n型填充多晶硅。
薄层绝缘层201包括氧化硅和氮化硅。n型填充多晶硅内掺杂有磷和砷。
沟槽202的宽度为0.5um-2um，深度为2um-8um，相邻沟槽202之间的间距为2um-8um。H型的n型发射极105两侧边依靠有所述薄层绝缘层201，所述两侧边的宽度分别为0.5um-3um，所述H型两侧边之间的宽度为0.5um-8um，所述H型的深度为0.1um-1um。p型活性区1041的掺杂杂质为硼，深度为2um-8um。p型非活性区1042的掺杂杂质为硼，深度为2um-8um。p型集电极101的掺杂杂质为硼，深度为0.1um-2um。
场截止层102掺杂杂质包括磷、硒、质子、硫、砷或者缺陷掺杂，深度为2um-20um。轻掺n型区掺杂为磷或砷，采用气掺或中照硅片。p型非活性区1042或/和p型活性区1041内设置有p型发射极106。p型发射极106为重掺p型层。
本申请的双极型晶体管中设置有条纹状周期分离性元胞结构，发射极对应形成分离状，使得空穴在发射极未形成覆盖的区域发生积累效应，从而提高沟槽202附近区域的载流子浓度，进一步降低导通压降。本申请在沟槽202栅一面，设置为为元胞区非全覆盖结构，并且本申请的栅极为沟槽202型，与对比文件和现有技术的结构完全不同。由于p型非活性区1042的存在，空穴将在p型非活性区1042下产生积累效应，从而提高发射极附近的载流子浓度，增强该区域的电导调制效应，减小导通电阻，从而降低导通压降。混合的p型活性区1041和p型非活性区1042使得发射极附近的载流子积累更为均匀。本申请的“H”型发射极结构可以避免因光刻精度而导致的位置偏离，使得两侧的n型发射极105连在一起。
实施例3
一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管包括p型集电极101，所述p型集电极101上设置有载流子扩散层103，在所述载流子扩散层103上纵向设置有多根沟槽202，所述载流子扩散层103上横向设置有多排p型混合区，每排p型混合区包括多个独立的p型活性区1041和p型非活性区1042，各区块之间被所述沟槽202隔开；所述每排p型混合区上的p型活性区1041和p型非活性区1042间隔设置，并且相邻排上同一列上的p型活性区1041和p型非活性区1042间隔设置，所述每个p型活性区1041上设置有n型发射极105，所述n型发射极105呈H型。
p型集电极101和载流子扩散层103之间设置有场截止层102。场截止层为重掺n型层。每排p型混合区的横向宽度为20um，纵向宽度为2um深度为8um。
沟槽202长度方向与p型混合区的长度方向垂直。沟槽202包括有呈U型的薄层绝缘层201，所述薄层绝缘层201内为n型填充多晶硅。
薄层绝缘层201包括氧化硅和氮化硅。n型填充多晶硅内掺杂有磷和砷。
沟槽202的宽度为0.5um，深度为8um，相邻沟槽202之间的间距为2um。H型的n型发射极105两侧边依靠有所述薄层绝缘层201，所述两侧边的宽度分别为3um，所述H型两侧边之间的宽度为0.5um，所述H型的深度为1um。p型活性区1041的掺杂杂质为硼，深度为2um。p型非活性区1042的掺杂杂质为硼，深度为8um。p型集电极101的掺杂杂质为硼，深度为0.1um。
场截止层102掺杂杂质包括磷、硒、质子、硫、砷或者缺陷掺杂，深度为20um。轻掺n型区掺杂为磷或砷，采用气掺或中照硅片。p型非活性区1042或/和p型活性区1041内设置有p型发射极106。p型发射极106为重掺p型层。
实施例4
一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管包括p型集电极101，所述p型集电极101上设置有载流子扩散层103，在所述载流子扩散层103上纵向设置有多根沟槽202，所述载流子扩散层103上横向设置有多排p型混合区，每排p型混合区包括多个独立的p型活性区1041和p型非活性区1042，各区块之间被所述沟槽202隔开；所述每排p型混合区上的p型活性区1041和p型非活性区1042间隔设置，并且相邻排上同一列上的p型活性区1041和p型非活性区1042间隔设置，所述每个p型活性区1041上设置有n型发射极105，所述n型发射极105呈H型。
p型集电极101和载流子扩散层103之间设置有场截止层102。场截止层为重掺n型层。所述载流子扩散层103为轻掺n型层；所述n型发射极105为重掺n型层。每排p型混合区的横向宽度为2um，纵向宽度为40um深度为2um。
沟槽202长度方向与p型混合区的长度方向垂直。沟槽202包括有呈U型的薄层绝缘层201，所述薄层绝缘层201内为n型填充多晶硅。
薄层绝缘层201包括氧化硅和氮化硅。n型填充多晶硅内掺杂有磷和砷。
沟槽202的宽度为2um，深度为2um，相邻沟槽202之间的间距为8um。H型的n型发射极105两侧边依靠有所述薄层绝缘层201，所述两侧边的宽度分别为0.5um，所述H型两侧边之间的宽度为8um，所述H型的深度为0.1um。p型活性区1041的掺杂杂质为硼，深度为8um。p型非活性区1042的掺杂杂质为硼，深度为2um。p型集电极101的掺杂杂质为硼，深度为2um。
场截止层102掺杂杂质包括磷、硒、质子、硫、砷或者缺陷掺杂，深度为2um。轻掺n型区掺杂为磷或砷，采用气掺或中照硅片。p型非活性区1042或/和p型活性区1041内设置有p型发射极106。p型发射极106为重掺p型层。
实施例5
一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管包括p型集电极101，所述p型集电极101上设置有载流子扩散层103，在所述载流子扩散层103上纵向设置有多根沟槽202，所述载流子扩散层103上横向设置有多排p型混合区，每排p型混合区包括多个独立的p型活性区1041和p型非活性区1042，各区块之间被所述沟槽202隔开；所述每排p型混合区上的p型活性区1041和p型非活性区1042间隔设置，并且相邻排上同一列上的p型活性区1041和p型非活性区1042间隔设置，所述每个p型活性区1041上设置有n型发射极105，所述n型发射极105呈H型。
p型集电极101和载流子扩散层103之间设置有场截止层102。场截止层为重掺n型层。所述载流子扩散层103为轻掺n型层；所述n型发射极105为重掺n型层。每排p型混合区的横向宽度为10um，纵向宽度为21um深度为4um。
沟槽202长度方向与p型混合区的长度方向垂直。沟槽202包括有呈U型的薄层绝缘层201，所述薄层绝缘层201内为n型填充多晶硅。
薄层绝缘层201包括氧化硅和氮化硅。n型填充多晶硅内掺杂有磷和砷。
沟槽202的宽度为1um，深度为3um，相邻沟槽202之间的间距为5um。H型的n型发射极105两侧边依靠有所述薄层绝缘层201，所述两侧边的宽度分别为1.2um，所述H型两侧边之间的宽度为3um，所述H型的深度为0.5um。p型活性区1041的掺杂杂质为硼，深度为4um。p型非活性区1042的掺杂杂质为硼，深度为5um。p型集电极101的掺杂杂质为硼，深度为1.1um。
场截止层102掺杂杂质包括磷、硒、质子、硫、砷或者缺陷掺杂，深度为12um。轻掺n型区掺杂为磷或砷，采用气掺或中照硅片。p型非活性区1042或/和p型活性区1041内设置有p型发射极106。p型发射极106为重掺p型层。
值得注意的是，本专利所公开的结构不仅适用于绝缘栅双极型晶体管，同样适用于MOSFET等其他沟道型功率半导体器件。专利中所公开的参数及方法仅供参考，保护内容不仅限于文中所述参数，该领域内技术人员经适当调整后即可应用。
Claims (7)
1.一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：包括p型集电极（101），所述p型集电极（101）上设置有载流子扩散层（103），在所述载流子扩散层（103）上纵向设置有多根沟槽（202），所述载流子扩散层（103）上横向设置有多排p型混合区，每排p型混合区包括多个独立的p型活性区（1041）和p型非活性区（1042），各区块之间被所述沟槽（202）隔开；所述每排p型混合区上的p型活性区（1041）和p型非活性区（1042）间隔设置，并且相邻排上同一列上的p型活性区（1041）和p型非活性区（1042）间隔设置，所述每个p型活性区（1041）上设置有n型发射极（105），所述n型发射极（105）呈H型。
2.根据权利要求1所述的一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：所述p型集电极（101）和载流子扩散层（103）之间设置有场截止层（102），所述场截止层为重掺n型层；所述载流子扩散层（103）为轻掺n型层；所述n型发射极（105）为重掺n型层。
3.根据权利要求1或2所述的一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：所述每排p型混合区的横向宽度为2um-20um，纵向宽度为2um-40um深度为2um-8um。
4.根据权利要求3所述的一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于： 所述沟槽（202）包括有呈U型的薄层绝缘层（201），所述薄层绝缘层（201）内为n型填充多晶硅；所述沟槽（202）长度方向与p型混合区的长度方向垂直。
5.根据权利要求4所述的一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：所述沟槽（202）的宽度为0.5um-2um，深度为2um-8um，相邻沟槽（202）之间的间距为2um-8um；所述H型的n型发射极（105）两侧边依靠有所述薄层绝缘层（201），所述两侧边的宽度分别为0.5um-3um，所述H型两侧边之间的宽度为0.5um-8um，所述H型的深度为0.1um-1um。
6.根据权利要求5所述的一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：所述p型活性区（1041）的掺杂深度为2um-8um；所述p型非活性区（1042）的掺杂深度为2um-8um；所述p型集电极（101）的掺杂深度为0.1um-2um；所述场截止层（102）掺杂深度为2um-20um。
7.根据权利要求6所述的一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：所述p型非活性区（1042）或/和p型活性区（1041）内设置有p型发射极（106），所述p型发射极（106）为重掺p型层。
Priority Applications (1)
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| CN201420654359.6U CN204144267U (zh) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管 |
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| CN201420654359.6U CN204144267U (zh) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管 |
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2014
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| CN104332496A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-02-04 | 中国东方电气集团有限公司 | 一种注入增强型绝缘栅双极型晶体管 |
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