[发明专利]IGBT器件

说明书

本发明公开了一种IGBT器件，包括：设置在漂移区中的超结结构，超结结构由多个N型柱和P型柱交替排列而成。在各超结单元顶部的N型外延层中形成有IGBT器件的器件单元结构；器件单元结构包括：体区，栅极结构和源区；在体区的底部表面和对应的P型柱的顶部表面之间形成有掺杂浓度大于N型外延层的掺杂浓度的N型隔离层，N型隔离层用于实现体区和P型柱之间的隔离。本发明通过结合超结结构和N型隔离层的结构能提高器件的电流密度和降低器件的通态压降降低，还能降低器件的关断损耗。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)器件。

背景技术

IGBT是一种电压控制的MOS和双极复合型器件，这种器件同时具有双极结型功率晶体管和功率MOSFET的主要优点：输入阻抗高、输入驱动功率小、导通电阻小、电流容量大、开关速度快等，使得IGBT成为电力电子系统能量控制和转换的重要开关元器件之一，它的性能好坏直接影响着电力电子系统的转换效率、体积和重量。

IGBT结构和VDMOS结构非常相似，如图1所示，为现有IGBT的结构示意图，包括：集电区，由形成于硅衬底底部的P型层13组成，从所述硅衬底的背面引出集电极；漂移区，由依次形成于所述集电区上的第一N+层12和第一N-层11组成，所述第一N+层12的N型杂质浓度大于所述第一N-层11的N型杂质浓度，所述第一N+层12作为电场中止(Field Stop，FS)层；P阱16，形成于所述第一N-层11中；发射区即源区，由形成于所述P阱16上部的第二N+层14组成，所述P阱16将所述发射区和所述漂移区隔开；栅极21，覆盖部分所述P阱16，被所述栅极21覆盖的所述P阱16为沟道区，所述沟道区连接所述P阱16两侧的所述漂移区和所述发射区，图1中栅极21位沟槽栅结构；P+连接层15a，穿过所述第二N+层14并和所述P阱16形成接触；发射极即源极24a，和所述第二N+层14形成接触、并通过所述P+连接层15a引出所述P阱16；其中场氧22用于器件间的隔离，介质层23用于金属层和器件间的隔离。上述的现有IGBT和现有VDMOS的结构不同处是将现有VDMOS的N+衬底换成了N-衬底即所述第一N-层11，并增加一层P层即所述P型层13。然而这一结构改进是IGBT的性质相比于VDMOS发生了本质的变化，形成了一种带有MOS栅控制的双极晶体管结构。当器件导通时，由于所述P型层13向所述第一N-层11注入大量的少数载流子使所述第一N-层11产生强烈的电导调制效应，因而其电阻率大大降低，从而使器件的导通电阻受所述第一N-层11的电阻率和厚度的限制变小。通过适当选取所述第一N-层11的电阻率和厚度，可使器件的耐压得以提高，同时不会明显增加导通电阻。因此，IGBT克服了VDMOS本身固有的而且是无法克服的导通电阻与击穿电压之间的矛盾。

电力电子器件性能始终是朝着更高的电流密度、更小的通态压降、更低关断损耗的方向发展，所以如何实现IGBT器件的电流密度提高以及通态压降(Vcesat)的降低变得很重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种IGBT器件，能提高器件的电流密度和降低器件的通态压降。

为解决上述技术问题，本发明提供的IGBT器件包括：

超结结构，所述超结结构由多个N型柱和P型柱交替排列而成，一个所述N型柱和相邻的一个所述P型柱组成一个对应的超结单元。

所述超结结构形成于N型外延层中，在所述N型外延层的底部形成有P型掺杂的集电区。

所述P型柱的底部和所述集电区的顶部表面具有间距。

在各所述超结单元顶部的所述N型外延层中形成有IGBT器件的器件单元结构，所述IGBT器件由多个所述器件单元结构并联而成。

所述器件单元结构包括：

P型掺杂的体区。