[发明专利]一种沟槽绝缘栅双极型晶体管

说明书

本发明提出了一种沟槽绝缘栅双极型晶体管,包括N‑型电压阻挡层、P型沟道区、P+欧姆接触区、N+发射区、P‑集电区、P+集电极区、N+衬底层以及沟槽栅极、栅氧介质层；其中，所述N‑型电压阻挡层和P型沟道区之间还存在一层N型电流增强层，所述的N‑型电压阻挡层与P型集电区之间存在一层N型缓冲层。该新结构背部具有一个由N‑型电压阻挡层、P‑集电区和N+衬底层组成的NPN晶体管，该NPN晶体管在器件关断过程中为N‑型电压阻挡层内存储的过量电子提供一个快速抽取的通道，减小器件的关断时间，从而减小器件的关断损耗，进而改善器件的通态压降与关断损耗之间的折衷关系。

技术领域

本发明涉及绝缘栅双极型晶体管器件,尤其是沟槽绝缘栅双极型晶体管。

背景技术

IGBTs是由MOSFET和BJT组成的复合管，它融合了MOSFET和BJT这两种器件的优点，是一种理想的开关器件。而SiC优异的材料特性，例如3倍宽的禁带宽度，10倍高的临界场强，3倍大的热导率以及2倍高的载流子饱和速度，使得SiC基的半导体器件被广泛的应用到高温、高压、大功率等应用中。此外，由于单极器件的特征导通电阻与其击穿电压的2.5次方成正比，SiC MOSFETs器件不适合应用在击穿电压10kV的领域。由于电导调制效应的存在，SiC IGBTs的特征导通电阻不再随击穿电压的增加而变化明显。与相同耐压的SiC MOSFETs器件相比，具有较低的特征导通电阻，适合应用于耐压10kV的领域，例如智能电网，高压直流输电系统等电力电子系统。

然而，由于正向导通时电导调制效应的存在，尽管能降低器件的通态压降，但是同时又在漂移区中存储了大量的电子空穴对。关断时，这些存储在漂移区内的过量载流子需要一定的时间才能完全抽取和复合，会使得器件出现较长的电流拖尾，导致器件的关断损耗增加。正向导通时的电导调制效应越强，器件的通态压降越小，相应地关断损耗也越大。如何改善SiC IGBTs器件的导通压降与关断损耗之间的折衷关系，一直是业界的研究方向之一。

图1是现有的沟槽绝缘栅双极性晶体管结构示意图。

发明内容

本发明针对现有SiC IGBTs技术中的不足，提出了一种新的器件结构，该结构在其背部的集电极区集成一个NPN晶体管，在关断时为漂移区内的过量的电子提供一个抽取通道，从而加快电子的抽取速度进而减小器件的关断损耗。该结构的另一个特征就是高电阻率的P+集电区是位于N+衬底层上面，其厚度较薄，减小普通器件的厚的P+集电区对器件正向导通时的通态压降的影响。背部NPN晶体管的存在使得器件的关断损耗较低，改善器件的导通压降与关断损耗之间的折衷关系。

实现本发明目的技术方案：

一种沟槽绝缘栅双极型晶体管，N-型电压阻挡层上依次设有N型电流增强层、P型沟道区、由栅氧介质层和多晶硅栅电极构成的沟槽结构；所述的多晶硅栅电极通过栅氧介质层与所述的N+发射区、P型沟道区、N-型电压阻挡层相隔离；P+欧姆接触区和N+发射区设置在P型沟道区上；沟槽结构下面设有P+电场屏蔽区；N型缓冲层设置在N-型电压阻挡层下方，P-集电区、P+集电区设置在N型缓冲层下方，N+衬底层设置在P-集电区的下方，发射极电极位于P+欧姆接触区和N+发射区上面，并与P+欧姆接触区和N+发射区连接；所述集电极电极位于器件的底部，与N+衬底层和P+集电区相连接。

所述的N-型电压阻挡层的掺杂浓度为10¹⁴数量级，厚度大于100μm；

所述的P-集电区的掺杂浓度在10¹⁷～10¹⁸数量级之间，厚度在几微米至十几微米之间；

所述的N型缓冲的掺杂浓度要比N-型电压阻挡层的掺杂浓度高，在10¹⁶～10¹⁷数量级，厚度为几微米至几十微米之间；