[发明专利]一种碳化硅绝缘栅双极型晶体管

说明书

本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种碳化硅绝缘栅双极型晶体管。本发明对常规碳化硅IGBT的阴极区进行改造，通过在P+场截止层下增加一层N‑IEB层(N type‑Injection Enhanced Buffer layer，N型注入增强缓冲层)，由于N型注入增强缓冲层掺杂浓度较低，提高了该区域内少数载流子寿命及迁移率，从而增大了阴极结构中的少数载流子扩散长度，进而增大了阴极注入效率。且由于在N型衬底与N型注入增强缓冲层之间由于浓度差会产生内建电场，其方向由N型衬底指向N型注入增强缓冲层，阻止少子空穴由N型注入增强缓冲层向N型衬底扩散，从而降低少子空穴扩散电流，进而也增大了阴极注入效率。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，特别涉及一种碳化硅绝缘栅双极型晶体管

背景技术

绝缘栅双极型晶体管作为一种发展较为成熟的电力电子器件，被广泛应用到了大功率场合如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。绝缘栅双极型晶体管也是应用在脉冲功率技术中的一种重要的器件。

绝缘栅双极型晶体管，简称IGBT，是一种由功率MOS场效应晶体管与双极型晶体管的混合型电力电子器件,它具有MOS输入、双极输出功能的MOS、双极相结合的特性,MOSFET结构用来向双极结型晶体管提供基极驱动电流，同时双极结型晶体管调制MOSFET结构漂移区的电导率，因此IGBT既有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高、开关损耗小的优点,又具有双极功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点,是电力电子领域理想的开关器件。硅基IGBT在一些大电流高功率密度的系统中需要并联使用，增大了系统的体积和能耗。硅基IGBT的阻断电压能力、dv/dt及di/dt的能力已接近其理论极限。相比于Si材料，宽禁带SiC材料具有更高的禁带宽度、饱和载流子速度、临界击穿电场和热导率，使得SiC材料IGBT的性能大大优于Si基IGBT。但是，由于目前工艺水平及材料性质的限制，SiC材料的载流子迁移率和载流子寿命较低，从而使得常规的SiC的IGBT器件阴极注入效率较低，器件导通电阻较大，限制了器件的性能的提高。而对于IGBT等绝大部分功率器件而言，降低导通损耗尤为重要。

发明内容

本发明的目的，就是针对目前常规碳化硅绝缘栅双极型晶体管的N型阴极注入效率低、正向导通电阻较大的问题，提出一种碳化硅绝缘栅双极型晶体管。

本发明的技术方案：一种碳化硅绝缘栅双极型晶体管，其元胞结构包括从下至上依次层叠设置的阴极金属1、N+衬底层11、N+衬底缺陷抑制缓冲层12、P+场截止层3和P-漂移区4；所述P-漂移区4上层具有N阱区5，N阱区5上层具有并列设置的P+源区6和N+欧姆接触区7，其中N+欧姆接触区7位于外侧；在N+欧姆接触区7上表面和部分P+源区6上表面具有金属层9，在P+源区6剩余部分的表面具有氧化层10，且氧化层10沿器件表面向远离N+欧姆接触区7一侧延伸，依次覆盖N阱区5和P-漂移区4的表面，在位于覆盖部分P+源区6、N阱区5和P-漂移区4表面的氧化层10上层，具有栅极金属14；

其特征在于，所述P+场截止层3与N+衬底缺陷抑制缓冲层12之间还具有N-注入增强缓冲层13，所述N-注入增强缓冲层13的掺杂浓度低于P+场截止层3的掺杂浓度，用于增加阴极结构中的少数载流子扩散长度，进而增大阴极注入效率。

进一步的，所述N-注入增强缓冲层13的厚度范围为2～20μm，掺杂浓度范围为1e16～1e18cm^-3。

对于N型IGBT其特征与P型相同，掺杂类型相反。