[发明专利]一种载流子存储增强的绝缘栅双极型晶体管

说明书

本发明提供了一种绝缘栅双极型晶体管器件，发射区采用了具有比其它半导体区更高禁带宽度的半导体材料，基区与发射区形成正向导通电压较高的异质PN结，基区与发射极之间通过一个二极管或两个同向串联的二极管或两个以上同向串联的二极管相连，基区与发射极之间的二极管通路的正向导通电压小于基区与发射区形成的异质PN结的正向导通电压。在正向导通时，基区与发射极之间的二极管导通，基区的电位抬高，从而使漂移区的少数载流子在靠近基区附近的存储效果得到增强。与传统绝缘栅双极型晶体管器件相比，本发明的绝缘栅双极型晶体管器件可以获得更低的导通压降。

技术领域

本发明属于半导体器件，特别是半导体功率器件。

背景技术

通常，半导体功率器件需要有高的击穿电压、低的导通电压(或导通电阻)、快的开关速度和高的可靠性。为了获得高的击穿电压，半导体功率器件通常采用一个掺杂浓度比较低(即电阻率比较高)的半导体区做耐压区。绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)是一种双极型器件，它引入了少数载流子参与导电，使得电阻率比较高的耐压区中充满导电的载流子，从而增强器件的导电能力，获得较低的导通电压(或导通电阻)。另外，IGBT还具有电流饱和能力，并能通过控制栅极电压来控制器件的开关，因而具有较高的可靠性。这些特点使得IGBT在中高压领域有广泛应用。当然，引入少数载流子之后，这不可避免地会增加开关的时间，尤其是增加关断时间(或关断功耗)。通常，IGBT的关断功耗与导通电压之间存在折中关系，这个折中关系是评价IGBT性能的重要参考依据。

为了改善IGBT的关断功耗与导通电压之间的折中关系，IGBT的集电区-漂移区结构经历了从穿通型(Punch Through，PT)到非穿通型(Non Punch Through，NPT)，再到电场截止型(Field Stop，FS)或软穿通型(Soft Punch Through，SPT)或弱穿通(Light PunchThrough，LPT)的过程；IGBT的栅极结构经历了从平面栅到槽栅的过程；IGBT的发射区结构也出现了发射极端载流子浓度增强技术，其中典型代表有三菱电机的CSTBT(CarrierStored Trench Bipolar Transistor)和东芝的IEGT(Injection Enhanced GateTransistor)等。

在CSTBT中，提高了靠近n型耐压区(或n型漂移区)顶部的掺杂浓度，从而抑制空穴进入发射极以提高n型漂移区顶部的载流子浓度，改善关断功耗与导通电压之间的折中关系。然而，要实现这样的结构也会增加工艺的复杂程度，对工艺的控制精度的要求也更严格。另外，n型漂移区顶部的掺杂浓度提高之后，会增强n型漂移区顶部pn结处的电场，从而降低击穿电压。虽然，也可以在n型漂移区顶部附近再引入一些深入n型漂移区地p+区以缓解顶部pn结处的电场，但这会进一步增加工艺成本和制造难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝缘栅双极型晶体管器件，提出一种新的发射极端载流子浓度增强技术，该技术可以有效地增强少数载流子在漂移区顶部的存储效应，在制造工艺上容易实现，而且不会影响击穿电压。

本发明提供一种绝缘栅双极型晶体管器件，其元胞结构包括：轻掺杂的第一导电类型的漂移区(20)，与所述漂移区(20)的一面相接触的第二导电类型的集电区(10)，与所述漂移区(20)的另一面相接触的第二导电类型的基区(30)，与所述基区(30)至少有部分接触的重掺杂的第一导电类型的发射区(41)，与所述发射区(41)、所述基区(30)以及所述漂移区(20)均接触的栅极结构(由50和90组成)，覆盖于所述集电区的导体(1)形成的集电极(C)，覆盖于与所述发射区的导体(2)形成的发射极(E)，覆盖于所述栅极结构的导体(3)形成的栅极(G)，其特征在于：

所述轻掺杂的第一导电类型的漂移区(20)与所述第二导电类型的集电区(10)是直接接触或是通过一个第一导电类型的缓冲区(21)间接接触；