[发明专利]一种双重载流子存储增强的IGBT

说明书

本发明提供了一种绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）器件，其基区与漂移区之间有一个载流子存储区，发射区采用了具有比其它半导体区更高禁带宽度的半导体材料，基区与发射区形成正向导通电压较高的异质PN结，基区与发射极之间通过一个二极管或两个同向串联的二极管或两个以上同向串联的二极管相连，基区与发射极之间的二极管通路的正向导通电压小于基区与发射区形成的异质PN结的正向导通电压。在正向导通时，载流子存储区可使漂移区的少数载流子在靠近基区附近的存储效果得到增强，而基区与发射极之间的二极管使少数载流子存储效果进一步增强。与传统IGBT器件相比，本发明的IGBT器件可获得更低的导通压降。

技术领域

本发明属于半导体器件，特别是半导体功率器件。

背景技术

半导体功率器件通常要有高的击穿电压、低的导通电压(或导通电阻)、快的开关速度和高的可靠性。绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)引入了少数载流子参与导电，使得在较高耐压下仍看获得较低的导通电压。另外，IGBT还具有电流饱和能力，因而具有较高的可靠性。当然，引入少数载流子之后，这不可避免地会降低开关速度(即增加关断功耗)。通常，IGBT的关断功耗与导通电压之间存在折中关系。

为了改善IGBT的关断功耗与导通电压之间的折中关系，IGBT的集电区-漂移区结构经历了从穿通型(Punch Through，PT)到非穿通型(Non Punch Through，NPT)，再到电场截止型(Field Stop，FS)或软穿通型(Soft Punch Through，SPT)的过程；IGBT的栅极结构经历了从平面栅到槽栅的过程；IGBT的发射区结构也出现了发射极端载流子浓度增强技术，其中典型的代表有三菱电机的CSTBT(Carrier Stored Trench Bipolar Transistor)和东芝的IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)等。

以n沟道IGBT为例，CSTBT与传统槽栅IGBT的主要区别在于，在n型漂移区顶部与p型基区底部之间增加了一个掺杂浓度较高的n型载流子存储区(n-type Carriers StoredRegion，本专利中简称n-cs区)，这样可以抑制空穴进入p型基区从而提高n型漂移区顶部的载流子浓度，改善关断功耗与导通电压之间的折中关系。一般而言，n型载流子存储区的掺杂剂量提高，载流子浓度存储效果可以增强，但同时击穿电压也会降低。这说明，在CSTBT中，载流子浓度存储效果与击穿电压存在矛盾关系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝缘栅双极型晶体管器件，提出一种新的发射极端载流子浓度增强技术，该技术可以在不增加n-cs区的掺杂剂量(不降低击穿电压)的条件下进一步增强少数载流子在漂移区顶部的存储效果。

本发明提供一种绝缘栅双极型晶体管器件，其元胞结构包括：第二导电类型的集电区10，在所述集电区10之上并与所述集电区10相接触的轻掺杂的第一导电类型的漂移区21，在所述漂移区21之上并与所述漂移区21相接触的第一导电类型的载流子存储区22，在所述载流子存储区22之上并与所述载流子存储区22相接触的第二导电类型的基区30，与所述基区30至少有部分接触的重掺杂的第一导电类型的发射区41，与所述发射区41、所述基区30、所述载流子存储区22以及所述漂移区21均接触的栅极结构(由50和90构成)，覆盖于所述集电区10的导体1形成的集电极C，覆盖于与所述发射区41的导体2形成的发射极E，覆盖于所述栅极结构(由50和90构成)的导体3形成的栅极G，其特征在于：

所述漂移区21与所述集电区10是直接接触或是通过一个第一导电类型的缓冲区20间接接触；