[发明专利]一种具有变掺杂场截止层的超结逆阻型IGBT

说明书

本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种具有变掺杂场截止层的超结逆阻型IGBT。相对于传统的超结逆阻型IGBT，本发明采用在漂移区中设置超结结构以及将第一N型层浓度分布进行优化：其浓度呈现从左向右逐渐增加。超结结构的引入使得器件漂移区中的电场近似为矩形分布，与传统NPT逆阻型IGBT三角形的纵向电场分布相比，可以在更短的漂移区长度下取得相同的耐压，从而提高了器件的导通压降与关断损耗的折中关系。本发明通过优化第一N型层的浓度分布，使器件正向耐压时第一N型层处不发生穿通，反向耐压时第一N型层上可以被完全耗尽并且此处的峰值电场更均匀。本发明的有益成果：实现双向耐压，同时优化了导通压降以及关断损耗的折中关系。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，特别涉及一种具有变掺杂场截止层的超结逆阻型IGBT(Insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)。

背景技术

逆阻型IGBT是一种具有正反双向阻断能力的新型功率半导体器件，两个逆阻型IGBT反并联即可构成一个双向开关。传统的双向开关由两个反并联的普通的IGBT与快恢复二极管构成，在矩阵逆变器中具有重要的作用。用逆阻型IGBT替代传统的双向开关，不仅可以减小额外二极管带来的导通功耗，而且可以减小系统的体积以及系统中的寄生电感。

传统的逆阻型IGBT使用NPT(Non-Punch-through)结构，如图3所示，由于其采用NPT结构，因此，其过长的漂移区带来较大的导通压降以及严重的拖尾电流，从而使其导通压降与关断损耗的折衷关系很差。利用场截止层以可以改善IGBT器件导通压降与关断损耗的折衷关系，但是普通IGBT的场截止层浓度高且结深大，反向耐压时，此处的高电场会使器件提前击穿，无法实现高的反向耐压。超结IGBT器件在漂移区中引入了P型掺杂，可以在反向耐压时中和N型场截止层的电荷，辅助耗尽N型场截止层。但是由于普通超结IGBT器件未针对其反向耐压进行优化，因此其反向耐压很低。

发明内容

本发明的目的，就是针对所述问题，提出一种具有变掺杂场截止层的超结逆阻型IGBT。

本发明的技术方案：一种具有变掺杂场截止层的超结逆阻IGBT，其元胞包括集电极结构、耐压层结构、发射极结构和栅极结构，其中耐压层结构位于集电极结构之上，发射极结构和栅极结构位于耐压层结构之上：所述集电极结构包括P型集电极层1和位于P型集电极层1上表面的第一N型层2；P型集电极层引出端为器件的集电极；所述耐压层包括N型条4和与其并列设置的P型条3，所述N型条4和P型条3均位于第一N型层2上表面；所述N型条4和P型条3构成超结结构；所述发射极结构包括位于耐压层结构上表面的第二N型层5和位于第二N型层5上表面的P型阱区6，所述P型阱区6上层具有相互独立的N型发射极区8和P型体接触区7；所述N型发射极区8和P型体接触区7的共同引出端为发射极；

其特征在于，所述集电极结构的第一N型层2，即通常所说的场截止层，其浓度分布为从左至右逐渐增加，所述左右的定义是N型条4一侧为左，P型条3一侧为右；所述P型条3的上表面与第二N型层5下表面连接；

进一步的，所述栅极结构为沟槽栅，所述沟槽栅由第一绝缘介质9和位于第一绝缘介质9之中的第一导电材料10构成；所述第一导电材料10的引出端为器件的栅极；所述沟槽栅从器件表面垂直穿过P型阱区6与第二N型层5并延伸入N型条4中，沟槽栅的侧面与第二N型层5、P型阱区6、N型发射极区8接触；所述沟槽栅的水平宽度小于N型条4的水平宽度。

进一步的，所述栅极结构为沟槽栅，所述沟槽栅由第一绝缘介质9和位于第一绝缘介质9之中的第一导电材料10构成；所述第一导电材料10的引出端为器件的栅极；所述沟槽栅从器件表面垂直穿过P型阱区6与第二N型层5并且其下表面与P型条4接触，沟槽栅的侧面与第二N型层5、P型阱区6、N型发射极区8接触；