[发明专利]一种超结绝缘栅双极型晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件，特别是涉及一种超结绝缘栅双极型晶体管。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，简称为IGBT）作为高压大功率电力电子器件中的主流产品，随着其结构的不断更新换代，其应用范围也越来越广。目前最先进的IGBT器件结构主要分为三种：（1）沟槽型IGBT ，即trench IGBT；（2）场中止型IGBT，即FS IGBT；（3）增强注入效应，通过提高漂移区载流子注入效率改善器件导通特性，如IEGT、CSTBT等。许多先进的IGBT结构多采用这三种方式或将其相组合而得到良好的器件特性，但是其性能的进一步提升仍然受到了限制。

超结（Superjunction）在功率器件中的提出，被称为打破了硅基的限制，根本性地解决了传统功率器件中提高击穿电压和降低导通电压的矛盾。超结绝缘栅双极型晶体管（Superjunction-IGBT，简称SJ IGBT）中，器件的N型基区再是单一的N型低掺杂，而是由P型高掺杂和N型高掺杂混合形成的结构，P型高掺杂区形成P柱，N型高掺杂区即形成N柱。不同于普通功率器件中均匀掺杂的N型基区，由于超结在N型基区采用了N型和P型交替的深结，使得N型基区中的电场分布趋于均匀，从而使N型基区作为耐压区，单位长度耐压区能承受的电压得到大幅度的提升。超结结构依赖N柱和P柱之间的电荷相互补偿，当超结结构两柱之间完美匹配，达到了净电荷平衡时，器件就能获得最大的击穿电压。

然而，尽管SJ IGBT在耐压、导通电阻方面上有了很大的改善，导通情况下的器件性能得到了质的飞跃，但是在器件关断时的拖尾电流仍然不十分理想，器件关断速度较慢。也即，同其它类型的IGBT一样，SJ IGBT同样存在着低导通电压与快关断速度两个参数性能无法同时实现的矛盾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种超结绝缘栅双极型晶体管，具有较低的导通电压，且较快速的关断速度，同时器件的耐压也较高。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种超结绝缘栅双极型晶体管，包括P型衬底、N型基区、P柱和有源区，所述有源区包括P阱体区，P+阱区和N+阱区；所述P型衬底下端设置有电极，作为集电极引出；所述P型衬底上端为所述N型基区，所述N型基区内部一侧设置有所述P柱，所述P柱上方设置所述有源区，所述有源区上方设置有电极，作为发射极引出；所述N型基区内部未设置有P柱的另一侧上端设置有栅氧化层，所述栅氧化层上端设置有多晶硅栅，所述多晶硅栅上方设置有电极，作为栅极引出；所述P型衬底包括一个高掺杂浓度的衬底区，所述P型衬底的其余部分为相对低掺杂浓度的衬底区，所述掺杂浓度为衬底中P型硅的掺杂浓度。

优选的技术方案中， 

所述高掺杂浓度的衬底区的宽度为1μm~8μm。

所述高掺杂浓度的衬底区的掺杂浓度为1.6×10¹⁹ cm^-3。

所述超结绝缘栅双极型晶体管还包括缓冲层，所述缓冲层设置在所述P型衬底和所述N型基区之间。

所述缓冲层为N型缓冲层。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的超结绝缘栅双极型晶体管，根据实验测试数据可知，集电极端处的空穴电流密度相比传统的SJ IGBT的空穴电流密度要小，因此本发明的超结绝缘栅双极型晶体管中N型基区PNP管（即集电极-N型基区-P阱）的发射极电流相对降低，进一步的器件电导调制效应降低，器件能够承受的耐压升高。根据器件的IV特性曲线，可知本发明的SJ IGBT具有较低的导通电压，且较快速的关断速度，有效降低了关断损耗。本发明的SJ IGBT为需要使用高耐压和快速关断IGBT的情况提供了更好的选择。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中的超结绝缘栅双极型晶体管的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式中的SJ IGBT与传统的SJ IGBT在模拟软件中模拟得到的器件耐压BV的特性曲线图；

图3是本发明具体实施方式中的SJ IGBT与传统的SJ IGBT在模拟软件中模拟得到的器件集电极端P型衬底中厚度W为W=2μm和W=8μm处的空穴电流密度曲线图；

图4是本发明具体实施方式中的SJ IGBT与传统的SJ IGBT在模拟软件中模拟得到的器件集电极电流Ic-栅极电压Vg的特性曲线图；