[发明专利]一种逆阻型IGBT

说明书

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种逆阻型IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。

背景技术

2001年，由富士电机研发出真正适用于交流变频应用的600V级垂直结构的逆阻型IGBT器件。该结构通过在P+衬底上外延100um厚的N型漂移区，形成NPT型IGBT实现正向和反向耐压。直至2014年，逆阻型IGTB对结构上的改进主要体现在终端区的设计，旨在器件承受反向耐压时，降低由耗尽线扩展至划片区引起的泄露电流，而器件的元胞区仍为NPT结构。

逆阻型IGBT因具有正反对称的阻断能力，在基于矩阵变换器交流-交流(AC-AC)应用领域备受亲睐。作为交流-交流(AC-AC)矩阵逆变器中的核心元件，逆阻型IGBT解决了常规IGBT无法承受高的反向电压的困扰，不需要外串联高压二极管来承受外部的反向电压，减小了矩阵逆变器中所需的元器件数量，同时减小了因外串联二极管带来的额外导通能力损耗。

常规FS型IGBT在正向耐压时，高浓度的FS层可有效截止正向耐压电场，但在反向阻断状态下，底部较高浓度的FS层和高浓度的P+集电极之间会形成高电场峰值，在漂移区还未耗尽条件下，FS层和P+集电区之间的反偏结发生提前击穿，无法满足双向耐压的应用场合。NPT型IGBT可实现双向耐压，但需要较大厚度的漂移区，引起正向导通压降增大；同时，在关断状态下，由于厚的漂移区不能被全耗尽，非耗尽区内的载流子需要通过自身复合，产生较大的拖尾电流，同时器件的关断能量损耗增大，导致器件的导通压降和关断损耗折中性能退化。

发明内容：

本发明所要解决的，是针对上述问题提出一种逆阻型IGBT。

本发明的技术方案是：一种逆阻型IGBT，包括N型高阻区，其特征在于，在N型高阻区上表面中部具有第二N型区6，位于第二N型区6上表面的P阱1，并列位于P阱1上表面的N型发射区2和P型接触区3；其中N型发射区2和P型接触区3相互独立，其共同引出端为发射极；N型高阻区上表面两侧具有两个对称的沟槽，与N型发射区2接触的沟槽为槽栅4，槽栅4包含位于槽内壁的第一绝缘介质层41和由第一绝缘介质层41包围的第一导电材料42，由槽栅4中的第一导电材料42引出栅电极；与P型接触区3接触的沟槽为槽结构5，槽结构5包含位于槽内壁的第二绝缘介质层51和由第二绝缘介质层51包围的第二导电材料52；

在N型高阻区下表面具有第一N型层7，所述第一N型层7的下层具有多个不连续的P+集电区8，P+集电区8的掺杂浓度高于N型高阻区的掺杂浓度，P+集电区8的引出端为集电极；在相邻的2个P+集电区8之间的第一N型层7中，具有P型层9。

本发明的有益效果为，可实现正向同等的耐压能力，避免了FS型IGBT反向阻断耐压情况下提前击穿的缺陷，同时能在更薄的漂移区下获得双向耐压，相对于NPT型IGBT结构，有更好的导通压降和关断损耗的折中性能。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

实施例1，如图1所示，本例为一种逆阻型IGBT，包括N型高阻区，在N型高阻区上表面中部具有第二N型区6，位于第二N型区6上表面的P阱1，并列位于P阱1上表面的N型发射区2和P型接触区3；其中N型发射区2和P型接触区3相互独立，其共同引出端为发射极；N型高阻区上表面两侧具有两个对称的沟槽，与N型发射区2接触的沟槽为槽栅4，槽栅4包含位于槽内壁的第一绝缘介质层41和由第一绝缘介质层41包围的第一导电材料42，由槽栅4中的第一导电材料42引出栅电极；与P型接触区3接触的沟槽为槽结构5，槽结构5包含位于槽内壁的第二绝缘介质层51和由第二绝缘介质层51包围的第二导电材料52；

在N型高阻区下表面具有第一N型层7，所述第一N型层7的下层具有多个不连续的P+集电区8，P+集电区8的掺杂浓度高于N型高阻区的掺杂浓度，P+集电区8的引出端为集电极；在相邻的2个P+集电区8之间的第一N型层7中，具有P型层9。

本例的工作原理为：

对新结构施加反向阻断电压时，浮空的P1可辅助耗尽N1，降低高浓度P+集电区/N1结面处高电场峰值，避免集电结发生提前击穿，最终反向耐压电场被N2以及槽结构共同截止；对器件施加正向阻断电压时，浮空的P1和漂移区被N1阻隔，高浓度的N1使正向电场被截止，耗尽区无法扩展到P1，正向耐压不会发生退化。相比于NPT型IGBT结构，在N1、N2以及槽结构共同作用下，可缩短漂移区厚度，实现导通压降和关断损耗更好的折中特性。