[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

摘要

本发明涉及功率半导体领域，提供一种利用二极管钳位的具有载流子存储层的IGBT器件，用以克服现有的具有载流子存储层(CSL)的槽栅IGBT饱和电压高、短路安全工作区较小以及CSL浓度受限的问题；本发明IGBT在槽栅IGBT工艺上直接在硅片表面集成一个或多个串联二极管用于钳位P区电场屏蔽层的电位，在现有槽栅IGBT工艺的基础上突破了CSL的浓度限制，极大地提高了IGBT发射极的注入效率，从而极大地提高了IGBT的导通压降和关断损耗的折中关系；同时，由于二极管的钳位作用，使得IGBT的nMOS沟道附近的漏极在高压大电流下被钳位在较低的电压，从而使得新型IGBT的饱和电流很大程度地降低，从而提高了IGBT的短路安全工作区。

主权项

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；位于所述第一个深槽一侧的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)；所述第一个深槽的另一侧设置有n个二极管、n≥1：当n＝1时，位于所述第一个深槽另一侧的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型子区作为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)直接通过短路金属短路；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，位于所述第一个深槽另一侧的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；所述隔离区将此侧的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；所述第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；所述第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。