[发明专利]一种利用二极管钳位的具有载流子存储层的IGBT器件

权利要求书

1.一种利用二极管钳位的具有载流子存储层的IGBT器件，其特征在于，元胞包括：

耐压区（1），设置在耐压区底部的N型缓冲层（2），设置在N型缓冲层下表面的P型集电极半导体区（3），以及设置在P型集电极半导体区下表面的集电极金属（13）；

设置在耐压区（1）上表面部分区域的P型电场屏蔽层（11），覆盖于耐压区及P型电场屏蔽层上表面的N型载流子存储层（4），以及覆盖于N型载流子存储层上表面的P型基区（5）；

元胞表面设置有一个深入P型电场屏蔽层（11）的第一深槽，所述第一深槽内填充有多晶硅栅（8），多晶硅栅与第一深槽之间设置有栅介质（7），多晶硅栅的上表面覆盖有栅极金属（9）；所述第一深槽将其两侧N型载流子存储层（4）、P型基区（5）完全分隔；

位于所述第一深槽一侧的N型载流子存储层（4）与耐压区（1）相接触，并且，位于同侧的P型基区（5）上设置有与栅介质（7）相接触的作为N沟道MOSFET的N型重掺杂源极区（20）、及与N型重掺杂源极区邻接的P型重掺杂基区欧姆接触区（21），N型重掺杂源极区与P型重掺杂基区欧姆接触区上表面覆盖有发射极金属（10）；

所述第一深槽的另一侧设置有n个二极管、n≥1：

当n=1时，位于所述第一深槽另一侧的P型基区内设置有一个N型重掺杂半导体区（6）与一个P型重掺杂半导体区（22），共同形成第1个PN结二极管，其中、N型重掺杂半导体区作为PN结二极管的阴极、P型基区作为PN结二极管的阳极、P型重掺杂半导体区作为PN结二极管的阳极欧姆接触区；并且，同侧的N型载流子存储层（4）、P型电场屏蔽层（11）、P型基区（5）以及P型重掺杂半导体区（22）通过短路金属短路；所述N型重掺杂半导体区（6）上表面覆盖有发射极金属（10）、且与栅介质（7）不接触；

当n≥2时，位于所述第一深槽另一侧的P型基区（5）内设置有n-1个隔离区，所述隔离区下表面与N型载流子存储层（4）相接触、且与P型电场屏蔽层（11）不接触；所述隔离区将所述第一深槽另一侧的P型基区分隔成n个P型子区，并根据与所述第一深槽的距离由近至远依次称为第i个P型子区、i=1,2,...,n；所述第i个P型子区内设置有第i个N型重掺杂半导体区（6）与第i个P型重掺杂半导体区（22），共同形成第i个PN结二极管，其中、第i个N型重掺杂半导体区作为第i个PN结二极管的阴极、第i个P型子区作为第i个PN结二极管的阳极、第i个P型重掺杂半导体区作为第i个PN结二极管的阳极欧姆接触区；n个P型子区内共形成n个PN结二极管，所述n个PN结二极管通过金属串联；第1个PN结二极管的第1个N型重掺杂半导体区上表面覆盖有发射极金属（10）、且与栅介质（7）不接触；第n个P型子区、第n个P型子区内的第n个P型重掺杂半导体区（22）、P型子区下的N型载流子存储层（4）及P型电场屏蔽层（11）通过短路金属（12）短路。

2.按权利要求1所述的利用二极管钳位的具有载流子存储层的IGBT器件，其特征在于，所述隔离区为深槽隔离区，所述深槽隔离区由槽壁隔离介质层（26）和槽内填充物（23）构成，所述槽内填充物为介质或者导体。

3.按权利要求1所述的利用二极管钳位的具有载流子存储层的IGBT器件，其特征在于，当所述P型电场屏蔽层（11）掺杂浓度低于1×10¹⁸ cm^-3时，所述第一深槽正下方还设置有一个P型重掺杂隔离区（24），用于防止栅压开启时所述第一深槽底部形成电子沟道，从而实现深槽左右两侧载流子存储层（4）的电隔离。