[发明专利]一种含有隔离p-top区的逆导型超结IGBT

说明书

本发明提供了一种逆导型超结IGBT（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor，逆导型绝缘栅双极型晶体管）器件，其耐压层中的第二导电类型的半导体区的上方有一个电阻率较低的第二导电类型的顶部区，所述顶部区通过槽型栅极结构与第二导电类型的基区相隔离，并且含有侧面被第二导电类型的浮空区包围和顶部被第一导电类型的截止环包围的背面槽型绝缘介质区。该器件有较低的导通压降并且能消除电压随电流的折回现象。

技术领域

本发明属于半导体器件，特别是功率半导体器件。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种中高压功率半导体开关器件。超结（Superjunction，SJ）是n柱/p柱交替排列的耐压层结构，它能使n柱与p柱在较高的掺杂浓度下仍可获得较高的击穿电压。当IGBT采用超结耐压层结构，在关断过程中n柱/p柱构成的pn结会快速耗尽，使关断速度提高（或关断功耗降低）。然而，在普通超结IGBT中，导通态下的n柱和p柱的电导调制效应（或载流子存储效应）较差，这主要是因为p柱容易收集空穴，并顺利地将收集的空穴抽取到发射极，造成空穴难以在n柱和p柱中得到有效的存储，增加导通压降。另外，IGBT在应用中通常搭配一个反向并联的二极管来使用。为了降低寄生效应和提高集成度，IGBT中也可以集成反向二极管，这种IGBT被称为逆导型IGBT（Reverse Conducting IGBT，RC-IGBT）。然而，普通RC-IGBT会发生电压随电流的折回（Snap-back）现象，这会对器件的可靠工作带来不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种逆导型超结IGBT器件，与普通的逆导型超结IGBT相比，本发明提供的逆导型超结IGBT器件可以有更低的导通压降并消除电压随电流的折回现象。

参考图2-6，本发明提供一种逆导型超结绝缘栅双极型晶体管器件，其元胞结构包括：集电结构（由10、11和20构成），位于所述集电结构（由10、11和20构成）之上的轻掺杂的第一导电类型的辅助层30，位于所述辅助层30之上的超结耐压层（由31和32构成），位于所述超结耐压层（由31和32构成）之上的第二导电类型的基区（由41和43构成）以及第二导电类型的顶部区（由42和45构成），与所述基区（由41和43构成）至少有部分接触的重掺杂的第一导电类型的发射区44，与所述发射区44、所述基区（由41和43构成）以及所述超结耐压层（由31和32构成）均接触的用于控制开关的槽型栅极结构（由47和49构成），其特征在于：

所述集电结构（由10、11和20构成）由至少一个第二导电类型的集电区10，至少一个第一导电类型的集电区11以及至少一个第一导电类型的缓冲区20构成；所述缓冲区20的下表面与所述第二导电类型的集电区10以及所述第一导电类型的集电区11均直接接触，所述缓冲区20的上表面与所述辅助层30直接接触；

所述元胞结构中包含背面槽型绝缘介质区12，所述背面槽型绝缘介质区12深入所述辅助层30；所述背面槽型绝缘介质区12的侧面与所述第二导电类型的集电区10、所述第一导电类型的集电区11和所述缓冲区20均直接接触，所述背面槽型绝缘介质区12将所述第二导电类型的集电区10与所述第一导电类型的集电区11相互隔离；所述背面槽型绝缘介质区12的侧面通过第二导电类型的浮空区21与所述辅助层30间接接触，所述背面槽型绝缘介质区12的顶部通过第一导电类型的截止环22与所述辅助层30间接接触；所述第一导电类型的集电区11、所述第二导电类型的集电区10、所述背面槽型绝缘介质区12的下表面覆盖有集电极导体1，并通过导线连接至集电极C；

所述超结耐压层（由31和32构成）由至少一个第一导电类型的半导体区31与至少一个第二导电类型的半导体区32构成，所述超结耐压层的第一导电类型的半导体区31与所述超结耐压层的第二导电类型的半导体区32相互接触，其形成的接触面垂直或近似垂直于所述辅助层30的上表面和所述基区（由41和43构成）及所述顶部区（由42和45构成）的下表面；所述超结耐压层（由31和32构成）的下表面与所述辅助层30直接接触；