[发明专利]一种逆导双极型晶体管

说明书

本发明公开了一种逆导双极型晶体管，属于半导体器件技术领域，本发明相比于传统逆导IGBT结构，在集电极侧设置了集电极侧部分超结结构和集电极短路沟槽结构，同时移除了N‑缓冲层结构。在反向导通状态下，集电极侧部分超结的横向耗尽使得P‑柱发生穿通效应，触发NPNP晶闸管开启以实现逆导。在正向导通下，集电极侧部分超结横向扩散形成电势势垒层、集电极短路沟槽结构作为介质阻挡层，二者共同作用使得电子存储在P‑集电区/N‑柱结附近，直至该PN结导通，极大抑制了snapback现象。同时，本发明有效地利用了P‑集电区的面积，获得了导通压降的降低。本发明的有益效果为，在不明显影响器件其他性能的前提下，有效地抑制了snapback现象，且获得了低功率损耗。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种逆导双极型晶体管(Reverse-Conducting Trench Insulated Gate Bipolar Transisitor，简称：RC-IGBT)。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称：IGBT)是一种MOS场效应管和双极型晶体管复合的新型电子电力器件。它既有MOSFET易于驱动、控制简单的优点，又有双极型晶体管导通电阻小，通态电流大，功率损耗小的特点。在中高压电力电子领域中展现出优越的性能而得到广泛的应用。在电子电力系统中，IGBT通常需要搭配续流二极管(Free Wheeling Diode)使用以确保系统的安全稳定。然而，反并联续流二极管不仅增加成本，而且在容易在封装过程中引入寄生效应，影响器件的可靠性。

为解决这个问题，实现产品的整体化，文献(Takahashi,Yamamoto,Aono,Minato.1200V Reverse Conducting IGBT.Proceedings of 2004InternationalSymposium on Power Semiconductor DeviceICs,2004,pp.24-27)提出了逆导型IGBT(Reverse-Conducting IGBT)，成功地将续流二极管集成在IGBT内部。其结构如图1所示，相比于传统无逆导能力的IGBT，其特点是在集电极侧制作了N+短路区，该区域与器件中的P-基区和N漂移区形成寄生PiN二极管，在反向导通模式下该二极管导通电流。然而，N+短路区使得器件在正向导通模式下出现电压回跳(snapback)的现象，这会导致器件开启不均匀，电流集中现象，严重影响电子电力器件的稳定性。同时，IGBT作为一种功率器件，其功率损耗的降低也是一项重要的研究方向。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足。提供一种一种逆导双极型晶体管，在不明显影响器件其他性能的同时抑制电压回跳的现象，同时降低功率损耗。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种逆导双极型晶体管，包括多个元胞结构，每个元胞结构包括N-漂移区、位于N-漂移区下方的集电极侧部分超结结构、位于集电极侧部分超结结构下方的集电极结构以及位于N-漂移区上方的栅极结构和发射极结构；

所述的集电极侧部分超结结构由水平方向交替排列的N-柱和P-柱构成；所述的集电极结构包括P-集电区、N+短路区、金属化集电极和集电极短路沟槽结构；所述的P-集电区、N+短路区和集电极短路沟槽结构并列与金属化集电极的上表面；

所述的集电极短路沟槽结构包括沟槽氧化层和多晶硅导电填充物，所述的集电极短路沟槽结构沿垂直方向插入P-集电区和N+短路区、N-柱和P-柱之间；所述的多晶硅导电填充物与金属化集电极短接；

所述的栅极结构为沟槽栅，包括栅氧化层，多晶硅栅电极填充物和金属化栅电极，所述的金属化栅电极位于多晶硅栅电极填充物的上表面；所述的发射极结构位于相邻两个沟槽栅之间，包括P-基区、N+发射区、P+区和金属化发射极；所述的N+发射区位于发射极结构上表面的两端，N+发射区与栅氧化层，P-基区相连；所述的P+区位于两个N+发射区之间；所述的金属化发射极位于N+发射区与P+区的上表面。