[发明专利]具有不连续P型基区嵌入原胞结构的半导体器件

说明书

本发明公开了一种具有不连续P型基区嵌入原胞结构的半导体器件，包括金属集电极、P型集电极、N型场终止层和N‑漂移区，器件顶部包含有源原胞和嵌入原胞，有源原胞的多晶硅和栅电极相连，嵌入原胞的多晶硅和发射极电极相连，有源原胞和嵌入原胞区域都包含P型基区，有源原胞的P型基区是连续的而且通过P+区域和发射极电极相连，嵌入原胞区域的P型基区沿沟槽的延伸方向被N‑漂移区分割成不连续的区域，嵌入原胞区域的每个P型基区要么电位悬空，要么和发射极电极相连。本发明在之前的CSTBT专利结构基础上，把嵌入原胞区域的P型基区变成周期性的不连续区域，从而在器件饱和压降和关断能耗这两个性能之间取得了更有利的平衡。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及MOS (Metal-Oxide-Semiconductor，金属氧化物半导体)栅控双极型器件，尤其涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

背景技术

MOS栅控双极型器件常用于大功率场合，不但可以耐受高压和提供大电流，而且控制方便。作为一种MOS栅控双极型器件，IGBT是目前主流的一种大功率半导体器件。IGBT的结构种类比较多，性能各不相同。CSTBT结构是一种性能优越的IGBT结构。文章“CarrierStored Trench-Gate Bipolar Transistor (CSTBT) - A Novel Power Device for HighVoltage Application” ，H. Takahashi, et al.，The 8th International Symposium onPower Semiconductor Devices and ICs 1996，pp349 - 352首次公开了CSTBT结构。其主要特征为，在P型基区下面引入了一层较高浓度的N型CS层(carrier stored region)，增强了载流子密度，降低了正向饱和压降。

文章“Characteristics of a 1200V CSTBT Optimized for IndustrialApplications”， Y. Tomomatsu, et al.， Industry Applications Conference, 2001，vol.2，pp1060 – 1065，以及专利US6953968和US8507945进一步公开了CSTBT的嵌入原胞(Plugged Cell)结构，加入嵌入原胞可以起到减少米勒电容(即集电极-发射极电容，Cce)和抑制短路电流振荡等作用。

图1是以上所述的CSTBT结构图。包括背面的金属集电极(Collector)13，P型集电极12，N型场终止(FS)层11和N-漂移区10。器件顶部分为有源原胞(Active Cell)和嵌入原胞(Plugged Cell)两种区域。其中有源原胞区域的沟槽结构由由相互接触的多晶硅6和栅氧化层9组成；多晶硅6和器件的栅电极(Gate)相连。嵌入原胞区域的沟槽结构由多个多晶硅3和栅氧化层9组成；多晶硅3和发射极电极(Emitter)相连接。沟槽之间还包括P型基区(p-body)7a和7b以及CS层8。嵌入原胞区域的P型基区7b和金属发射极5之间被介质层4隔离，不和任何电极相连接，因此处于悬空(floating)电位。有源原胞区域的P型基区7a 上面还有N+发射区1和P+接触区2；N+发射区1和P+接触区2通过介质层4中的窗口20和金属发射极5相连接。