[发明专利]一种浮空p柱的逆导型槽栅超结IGBT

说明书

本发明提供了一种逆导型超结IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）器件，其超结耐压层中的第二导电类型的半导体区浮空且其槽型栅极结构的底部被重掺杂的第二导电类型的半导体区包围，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，能消除电压随电流的折回现象，且能避免击穿电压的降低。

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（或载流子存储效果）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。如果将p柱浮空，在导通态下空穴进入p柱后流向发射极变得困难，这将抬高p柱电位，抑制p柱收集空穴，从而增强n柱和p柱的电导调制效应，降低导通压降。然而，普通浮空p柱的超结IGBT结构的击穿电压会有所降低。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，普通的逆导型结构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，消除电压随电流的折回现象，并且避免了击穿电压的降低。

参考图3-5，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阱区42，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；