[发明专利]一种绝缘栅双极型晶体管的关断性能提升方法

说明书

一种绝缘栅双极型晶体管结构，包括集电极金属、P型集电区、N型基极区，N型基极区表面有N型载流子存储层及沟槽柵，沟槽柵将N型载流子存储层分割成条状，条状N型载流子存储层表面存在均匀分布的块状P型体区，块状载流子存储层上设有与第一类型柵氧化层连接的第二类型柵氧化层，第二类型柵氧化层上设有与第一多晶硅柵连接的第二多晶硅柵，块状P型体区表面存在P型源区、N型源区，并与发射极金属连接，其特征在于，块状载流子存储层表面设有与块状P型体区连接的轻掺杂浅P阱，在器件导通时，栅极加正栅压，轻掺杂浅P阱被完全耗尽，实现注入效率增强效应，使器件具有较小的导通压降；在器件关断时，轻掺杂浅P阱不被完全耗尽，形成导电沟道，加快器件关断速度。

技术领域

本发明主要涉及功率半导体器件技术领域，具体涉及低损耗的绝缘栅双极型晶体管结构及其制备方法，特别适用于电源供应、感应加热、电力牵引等。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管在电源供应、感应加热、电力牵引等功率开关应用中，需要更低的导通压降和更小的关断能量损耗，为此，近几年提出了几种创新的绝缘栅双极型晶体管结构，例如，文献(1)[Y.Onozawa，″Development of the next generation 1700Vtrench-gate FS-IGBT″，Proceedings of the 23^rdInternational Symposium on PowerSemiconductor Devices and ICs，San Diego，CA，May.2011，P52-55]提出了本专利中的传统结构，能够获得很低的导通压降，但是在关断时，由于积累的空穴的抽取速度缓慢，关断时间长，导致关断能量损耗很高。

为了在不牺牲导通压降的前提下减小关断能量损耗，本发明提出了一种带有轻掺杂浅P阱的能够调整发射极一端的载流子分布的绝缘栅双极型晶体管。本发明与传统的沟槽注入效率增强型晶体管相比，在相同的导通压降条件下，关断损耗减少了42％。本发明在目前的工艺条件下，取得了最好的减少关断损耗的设计结果。

发明内容

本发明针对上述方面，提出了一种关断性能提升的绝缘栅双极型晶体管结构及其制备方法。

本发明提供如下结构技术方案：

一种绝缘栅双极型晶体管，包括：重掺杂P型集电区，在重掺杂P型集电区的背面设有集电极金属，其正面设有轻掺杂N型缓冲层，轻掺杂N型缓冲层上设有轻掺杂N型基极区，轻掺杂N型基极区上设有轻掺杂N型载流子存储层，在轻掺杂N型载流子存储层上设有存在互相平行的沟槽栅，所述沟槽栅是由第一类型栅氧化层和第一多晶硅栅构成，第一类型栅氧化层位于第一多晶硅栅与轻掺杂N型载流子存储层之间，所述沟槽栅深度深入轻掺杂N型基极区，沟槽栅将轻掺杂N型载流子存储层分割成条状，在条状轻掺杂N型载流子存储层上设有块状轻掺杂P型体区，且所述块状轻掺杂P型体区将所述条状轻掺杂N型载流子存储层分割成块状载流子存储层，块状载流子存储层表面上设有第二类型栅氧化层，第二类型栅氧化层与相邻的沟槽栅的第一类型栅氧化层连接，第二类型栅氧化层上设有第二多晶硅栅，第二多晶硅栅分别与相邻的沟槽栅内的第一多晶硅栅连接，块状轻掺杂P型体区表面存在重掺杂P型源区，块状轻掺杂P型体区表面存在重掺杂N型源区，在器件表面设有绝缘介质层，发射极金属通过绝缘介质层上的通孔与重掺杂P型源区、重掺杂N型源区接触，其中，在块状载流子存储层与第二类型栅氧化层之间设有轻掺杂浅P阱，所述轻掺杂浅P阱和与块状载流子存储层相邻的块状轻掺杂P型体区连接，所述绝缘栅双极型晶体管关断时，在轻掺杂浅P阱处形成P沟道，块状载流子存储层内的空穴会进入所述P沟道，并被P沟道迅速抽取。

上述的绝缘栅双极型晶体管结构中，同一个条状N型载流子存储层内，相邻的块状轻掺杂P型体区的中心间距为：1μm～100μm。

上述的绝缘栅双极型晶体管结构中，相邻的沟槽栅的中心间距为：1μm～30μm。