[发明专利]一种栅控雪崩快速闭合IGBT及其对称结构

说明书

本发明公开了一种栅控雪崩快速闭合IGBT，自下而上依次包括：集电极金属、衬底、第一外延层、第二外延层、第三外延层、发射极金属以及栅金属；其中，第三外延层内部设有第一掺杂区、第二掺杂区以及第三掺杂区；第一掺杂区起始于第三外延层的上表面并向下延伸至第三外延层的下表面；第二掺杂区起始于第三外延层的左上角并向下右下延伸至第三外延层内部，且与第一掺杂区具有一定间隔；第三掺杂区位于第二掺杂区内，且与第二掺杂区左右两侧具有一定间隔；发射极金属位于部分第二掺杂区和部分第三掺杂区上方；栅金属位于第二掺杂区和第一掺杂区之间的第三外延层上方。在脉冲功率系统中，本发明提供的雪崩闭合IGBT与传统IGBT相比可显著缩短脉冲前沿，提高脉冲源性能。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种栅控雪崩快速闭合 IGBT及其对称结构。

背景技术

随着技术研究的深入，脉冲功率技术逐渐出现在工业生产中，目前脉 冲功率已经被广泛应用于环境保护、航空航天、生物医疗、资源开采、军 工、国防等诸多领域。脉冲功率开关是脉冲功率技术的核心，随着半导体 理论研究的加深，以及半导体制造工艺的成熟，半导体开关已经在脉冲功 率开关中占据重要地位。应用于脉冲功率技术领域的半导体开关称为半导 体脉冲功率器件。

传统的半导体脉冲功率器件主要包括GTO(Gate-Turn-Off Thyristor，门 级可关断晶闸管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate BiPolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等器件。其中，IGBT作为一种大功率主流 器件已被广泛应用到各个领域。

传统的IGBT基本结构如图1所示，其通过栅极加电压会在其下方形成反 型层，利用反型层充当导电沟道可使器件导通。然而，传统的IGBT开启速 度较慢，集电极电流会随着栅极下方反型层的形成而逐渐增大，限制了集 电极电流的上升速度。将这种传统IGBT应用到脉冲功率系统中会导致脉冲 前沿过长，影响脉冲源的性能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种栅控雪崩快 速闭合IGBT及其对称结构。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实 现：

第一方面，本发明提供了一种栅控雪崩快速闭合IGBT，自下而上依次 包括：集电极金属、衬底、第一外延层、第二外延层、第三外延层、发射 极金属以及栅金属；其中，

所述第三外延层内部设有第一掺杂区、第二掺杂区以及第三掺杂区；

所述第一掺杂区起始于所述第三外延层的上表面并向下延伸至所述第 三外延层的下表面；

所述第二掺杂区起始于所述第三外延层的左上角并向下右下延伸至所 述第三外延层内部，且与所述第一掺杂区具有一定间隔，同时在所述第三 外延层中没有额外掺杂的部分形成第一漂移区；

所述第三掺杂区起始于所述第二掺杂区的上表面并向下延伸至所述第 二掺杂区内，且与所述第二掺杂区左右两侧具有一定间隔；

所述发射极金属位于部分所述第二掺杂区和部分所述第三掺杂区上方；

所述栅金属位于所述第二掺杂区和所述第一掺杂区之间的所述第三外 延层上方，且所述栅金属与所述第三外延层之间还设有栅极和栅介质层。

在本发明的一个实施例中，所述第一外延层和所述第二外延层的掺杂 类型相同；所述第三外延层与所述衬底的掺杂类型相同，且与所述第二外 延层异型掺杂。

在本发明的一个实施例中，所述第一掺杂区、所述第二掺杂区与所述 第三外延层的掺杂类型相同；所述第三掺杂区与所述第二外延层的掺杂类 型相同。

在本发明的一个实施例中，所述第一掺杂区和所述第三掺杂区均为重 掺杂区。