[发明专利]一种具有载流子存储效应的超结IGBT

说明书

本发明提供了一种超结IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）器件，其耐压层中第二导电类型的半导体区通过一个基极开路的双极型晶体管与发射极相连接，所述基极开路的双极型晶体管以及所述耐压层中第二导电类型的半导体区通过一个槽型栅极结构与基区隔离，所述基极开路的双极型晶体管和所述槽型栅极结构也构成了一个衬底浮空的MISFET（Metal‑Insulator‑Semiconductor Field Effect Transistor，金属‑绝缘体‑半导体场效应晶体管），所述槽型栅极结构的电极可以与栅极或发射极相连。在正向导通时，所述基极开路的双极型晶体管可以帮助增强耐压区中的载流子存储效应，从而降低导通压降。

技术领域

本发明属于半导体器件，特别是功率半导体器件。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是一种应用广泛的功率半导体器件。超结是n柱区/p柱区交替排列的耐压结构，它可以使n柱区与p柱区在较高的掺杂浓度情形下仍可获得较高的击穿电压。与普通IGBT相比，当超结应用到IGBT中时(即超结IGBT)，n柱区/p柱区形成的pn结可以在关断过程中更快速地耗尽，因而超结IGBT可获得更快的关断速度(或更低的关断功耗)。然而，在导通态下，从p型集电区注入到n柱区的少子空穴很容易被p柱区收集，进入p型基区，并流入发射极，因而少子空穴在耐压区中(特别是耐压区顶部)的存储效果比较弱，这会增加导通压降(或增加导通态功耗)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超结绝缘栅双极型晶体管器件，相比于传统超结IGBT，本发明提供的超结IGBT器件在耐压区中的少数载流子存储效应更强，导通压降更低。

本发明提供一种超结绝缘栅双极型晶体管器件，其元胞结构包括：耐压层(由31和41构成)，与所述耐压层(由31和41构成)的一面相接触的集电结构(由10和20构成)，与所述耐压层(由31和41构成)的另一面相接触的第二导电类型的基区50，与所述基区50至少有部分接触的重掺杂的第一导电类型的发射区51，与所述发射区51、所述基区50以及所述耐压层(由31和41构成)均接触的用于控制器件导通与关断的栅极结构(由53和60构成)，覆盖于所述集电结构(由10和20构成)的导体1形成的集电极C，覆盖于所述发射区51和所述基区50的导体2形成的发射极E，覆盖于所述用于控制器件导通与关断的栅极结构(由53和60构成)的导体3形成的栅极G，其特征在于：

所述被发射极E覆盖的基区50至少有部分是重掺杂的第二导电类型的半导体区52，以便形成欧姆接触；

所述集电结构(由10和20构成)由至少一个第二导电类型的集电区10与至少一个第一导电类型的缓冲区20构成，所述缓冲区20与所述耐压层(由31和41构成)相接触，所述集电区10与所述集电极C直接接触；

所述耐压层(由31和41构成)由至少一个第一导电类型的半导体区31与至少一个第二导电类型的半导体区41构成，所述耐压层中的第一导电类型的半导体区31与所述耐压层中的第二导电类型的半导体区41相互接触，其形成的接触面垂直或近似垂直于所述缓冲区20和所述基区50和/或所述栅极结构(由53和60构成)；

所述耐压层(由31和41构成)与所述缓冲区20可以是直接接触，也可以是通过一个第一导电类型的辅助层21间接接触；

所述用于控制器件导通与关断的栅极结构(由53和60构成)包括至少一个绝缘介质层60和至少一个导体区53，所述绝缘介质层60与所述发射区51、所述基区50以及所述耐压层(由31和41构成)均直接接触；所述导体区53与所述绝缘介质层60直接接触，并通过所述绝缘介质层60与其它半导体区相隔离，所述导体区53与所述栅极G直接接触；