[发明专利]具有超结结构的高压IGBT

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种具有超结结构的高压IGBT。

背景技术

绝缘栅双极晶体管（IGBT）是场效应晶体管（MOSFET）和双极功率晶体管（BJT）结合形成的达林顿结构，具有MOSFET输入阻抗高、驱动简单、开关速度高的优点，又具有BJT电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点，是比较理想的全控型器件。新一代沟槽栅场终止型IGBT综合了前几代产品的优点，采用最新功率半导体制造工艺，其模块容量应已经达到400A-2400A/1200V-6500V，满足电力电子与电力传动领域应用要求，并正在向更高功率要求的应用领域拓展。

现代电力电子器件要求：（1）更大导通电流容量，更高阻断电压及更高功率容量；（2）低通态电阻和低导通压降；（3）更快的开关速度和更高的工作频率；（4）驱动简单，易于控制；（5）高稳定性及高可靠性，成本低。IGBT满足大部分现代电力电子器件要求，但高压时导通电阻较大、导通压降高且开关速度慢。目前，已经有较多的研究在解决这些问题，例如：（1）刻槽技术(Trench-IGBT)；（2）穿通型IGBT设计(PT-IGBT)；（3）注入增强技术(Injection enhancement-IEGT)；（4）少子寿命控制技术。然而，这些技术对器件性能的改进都是有限的或者需要进行折衷处理。

20世纪80年代末90年代初，一种新概念的提出打破了“硅限”，它可以同时得到较低的功耗和较高的开关速度。这一概念经过演化和完善之后，成为现在的“超结理论”（Superjunction Theory）。目前商品化的CoolMOS^TM就是在超结理论的基础上发展出来的，得到了击穿电压与通态比电阻之间较好的关系。因此，将超结结构应用在IGBT中可以与现有CoolMOS工艺相兼容，满足高耐压要求的同时进一步减小通态比电阻，降低器件正向导通功耗。

目前高压IGBT芯片通常采用电场截止型设计（FS-IGBT），通过在n-基区和p+集电区之间加入一个比n-基区窄而掺杂浓度高的n型缓冲层，弥补了非穿通型（NPT）及穿通型（PT）IGBT的不足。

然后现有技术具有以下缺点：

(1)FS-IGBT中的n型缓冲层是在表面MOSFET工艺完成后经离子注入和退火推进形成的，退火条件不当容易造成缓冲层较薄，电场截止效果不明显；

(2)需要背面减薄工艺，减薄后厚度较薄，碎片率较高；

(3)FS-IGBT中承受耐压的漂移区通态比电阻与击穿电压之间存在制约关系，提高击穿电压和降低通态比电阻不能同时实现，高压设计时通态比电阻较大，功耗及压降大。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有超结结构的高压IGBT。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有超结结构的高压IGBT，将超结理论应用在IGBT中，满足高耐压的同时进一步减小通态比电阻，降低正向导通功耗，且制备工艺与现有CoolMOS相兼容。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种具有超结结构的IGBT，所述IGBT包括漂移区、位于所述漂移区上方的p型区及n型区、位于所述漂移区下方的缓冲层、以及位于所述缓冲层下方的注入层，所述漂移区为由交替相间的p柱和n柱构成的超结结构。

作为本发明的进一步改进，所述缓冲层为n型区，所述注入层为p型区。

作为本发明的进一步改进，所述注入层为p+掺杂。

作为本发明的进一步改进，所述漂移区中的p柱为p-掺杂，n柱为n-掺杂。

作为本发明的进一步改进，所述漂移区上方n型区两端分别设有发射极和栅极，所述注入层的下方设有集电极。

本发明具有以下有益效果：

将电荷补偿原理设计的超结结构引入IGBT中，能保证高耐压的同时导通电阻大大降低；

横向交替存在的pn结有利于关断过程中迅速排出正向导通时存储在漂移区中的少数载流子，关断时间减少

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中电场截止型FS-IGBT的结构示意图及电场分布曲线图；