[发明专利]一种具有沟槽发射极埋层的IGBT结构

说明书

本发明公开了一种具有沟槽发射极埋层的IGBT结构，该结构在常规CS‑IGBT结构的基础上，将发射极做成浅沟槽结构，并在发射极沟槽以及栅极沟槽底部增加了两个p型掺杂区MP和BP，在提高载流子存储层浓度Ncs的基础上，保留放大注入增强效应的增益并抑制了由Ncs增加所诱发的动态雪崩击穿。优化了关断损耗与通态压降之间的权衡，并有效抑制了EMI噪声的干扰。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种具有沟槽发射极埋层的 IGBT结构。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(Insulate Gate Bipolar Transistor，IGBT)作为当今电力电子应用中的关键元件，一直受到学者们的高度关注。最近有学者提出通过放大注入增强(Injection Enhancement，IE)效应来改善IGBT性能的新方法。这种方法不仅可以降低运行损耗，而且增大了IGBT模块的电流密度，实现了关断损耗和导通电压降V_ce,sat的更优权衡。虽然低关断损耗(高dV/dt)可以减小系统的尺寸，但在关断过程中的高电流密度和高dV/dt却会导致动态雪崩。IGBT在通态时漂移区有高浓度的移动载流子，远远高于本底掺杂浓度。关断过程中，在器件的空间电荷区内，仍然存在大量存储的载流子，电位下降加剧。如果这些载流子产生的电场超过临界电场，即使在远低于静态击穿电压的情况下也会发生动态雪崩击穿。故需要对IGBT的工作电流密度、dV/dt和E_off进行限制。

电力电子系统不仅要求低功率损耗，同时还需要尽可能地降低电磁干扰噪声，以实现系统小型化后的高性价比。由于较高的dI/dt和较大的浪涌电流，导致IGBT的栅电容为负，从而产生EMI噪声。因此，器件设计人员在改进IGBT的结构时，还需要优化功率损耗和噪声权衡，以实现最佳的系统设计。

发明内容

针对IGBT使用过程中抑制EMI噪声及动态雪崩的需求，本发明提供了一种具有沟槽发射极埋层的IGBT结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种具有沟槽发射极埋层的IGBT结构，其元胞结构包括P型集电区(1)，位于集电区(1)上方的N型缓冲层(2)和N型漂移区(3)，所述漂移区(3) 中设有多晶硅栅极(6)及栅极氧化层(5)、金属发射极(11)及发射极氧化层(12)以及P型基区(8)，所述P型基区(8)上设有N+ 型发射区(9)和P+型高掺杂区(13)，所述P型基区(8)下设有N 型载流子存储层(7)，其特征在于，所述发射极(11)做成浅沟槽结构，并在发射极沟槽(11)以及栅极沟槽(6)底部增加了两个P型埋层(10)和(4)。

本发明的技术方案相对常规CS-IGBT结构加入了栅极沟槽底部和发射极沟槽底部两个p型埋层，其中位于发射极沟槽底部的p型埋层(10)对N型载流子存储层(7)起到辅助耗尽作用，在维持击穿电压不变的同时增大N型载流子存储层(7)的掺杂浓度Ncs，抑制动态雪崩。位于栅极沟槽底部的P型埋层(4)改变在通态下的空穴电流流通路径，使空穴电流从埋层流向p型基区，从而抑制因空穴电流沿沟槽侧壁流动所产生的负栅电容。

进一步地，所述位于栅极沟槽底部的p型埋层(4)和位于发射极沟槽底部的p型埋层(10)不相连，为电子电流保留通路。

进一步地，所述位于发射极沟槽底部的p型埋层(10)与N型漂移区(3)相连。

进一步地，所述位于发射极沟槽底部的p型埋层(10)的典型掺杂浓度为6×10¹⁸cm^-3，所述位于栅极沟槽底部的p型埋层(4)的典型掺杂浓度为3×10¹⁷cm^-3。