本發(fā)明屬于半導體技術領域，具體的說涉及一種載流子存儲型IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)。

背景技術：

能源消耗日益增大,特別是電力的需求矛盾日趨尖銳,大力發(fā)展新型電力電子器件已成為一項重要課題。IGBT是目前發(fā)展最快的一種混合型電力電子器件,它具有MOS輸入、雙極輸出功能的MOS、雙極相結合的特性,既有MOSFET的輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關速度高、開關損耗小的優(yōu)點,又具有雙極功率晶體管的電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強的優(yōu)點,在高壓、大電流、高速三方面是其他功率器件不能比擬的,因而是電力電子領域理想的開關器件。

但是，IGBT在實際應用中存在導通壓降和關態(tài)損耗的折衷問題。由于IGBT器件主要應用于中高壓領域，其自身較大的內(nèi)阻以及大電流的工作狀態(tài)使得器件的導通損耗比較大。為了降低器件的導通損耗，最關鍵的問題是降低器件的導通壓降，這需要增大載流子的注入效率，即增強電導調制效應；然而，電導調制效應的增強能夠降低器件的導通壓降，但是它也向漂移區(qū)中引入了更多的電子和空穴，使得器件在關斷時拖尾電流大、關態(tài)時間長，進而導致更高的關斷損耗。因此，導通壓降和關態(tài)損耗之間的矛盾一直是IGBT研究中的熱點問題。

載流子存儲型IGBT—CSTBT的出現(xiàn)很好地改善了IGBT器件導通壓降和關態(tài)損耗之間的矛盾問題。CSTBT中位于陰極P阱下方的電荷儲藏層阻礙了開態(tài)時漂移區(qū)中的空穴被陰極區(qū)收集走從而增強了IGBT地電子注入效率，進而使得器件漂移區(qū)內(nèi)陰極區(qū)一側的等離子濃度顯著增加，從而降低了器件的導通壓降，同時由于陰基區(qū)一側的等離子體在關態(tài)時很容易被抽走，因而也沒有對器件的關態(tài)損耗帶來明顯的增長。然而，較低濃度的電荷儲藏層對器件性能的提升影響并不明顯，因此為了更好地提升器件的性能，需要較高的電荷儲藏層濃度，但是高濃度的電荷儲藏層會使得器件的耐壓顯著降低。這就需要更進一步的改進CSTBT結構，以克服這一缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的，就是針對上述問題，提出一種能夠有效提升載流子存儲型IGBT器件在較高的載流子存儲層濃度下的耐壓能力的器件。

本發(fā)明的技術方案是：

一種載流子存儲型槽柵IGBT，包括P+集電極區(qū)1、位于P+集電極區(qū)1上表面的N型漂移區(qū)2、位于N型漂移區(qū)2上表面的槽柵結構3和發(fā)射極有源區(qū)；所述槽柵結構3和發(fā)射極有源區(qū)交替排列于N型漂移區(qū)2上表面；所述發(fā)射極有源區(qū)包括從下至上依次層疊設置的N型存儲層4、P型體區(qū)5和發(fā)射極摻雜區(qū)，所述N型存儲層4的下表面與N型漂移區(qū)2連接，且N型存儲層4的底面高于槽柵結構3的槽深；所述發(fā)射極摻雜區(qū)由P+區(qū)7及位于P+區(qū)7兩側的N+區(qū)6構成，其特征在于，還包括深槽結構8，所述深槽結構8由位于槽壁的介質層及被介質層所包圍的導電材料構成，所述深槽結構8沿槽柵結構3的上表面垂直向下貫穿整個槽柵結構3并延伸入N型漂移區(qū)2中。

進一步的，所述深槽結構8中的導電材料與外加控制電極連接。

更進一步的，所述深槽結構8中的導電材料與外加電極連接，該外加電極在器件開態(tài)時為高電位但低于集電極電位，在器件關態(tài)時與發(fā)射極的電位相同。

進一步的，所述深槽結構8中的導電材料與柵極電極連接。

進一步的，所述深槽結構8中的導電材料與發(fā)射極電極連接。

進一步的，所述P+集電極區(qū)1與N型漂移區(qū)2之間具有N型緩沖區(qū)9，所述N型緩沖區(qū)9濃度高于N型漂移區(qū)2濃度。

進一步的，所述P+集電極區(qū)1與N型漂移區(qū)2之間具有N型緩沖區(qū)9，所述N型緩沖區(qū)9濃度等于N型漂移區(qū)2濃度。

更進一步的，所述深槽結構8的下表面與所述N型緩沖區(qū)9上表面之間的N型漂移區(qū)2中嵌入多個P條區(qū)10，所述P條區(qū)10與位于深槽結構8下表面和N型緩沖區(qū)9上表面之間的N型漂移區(qū)2形成超結結構。

進一步的，所述器件還包括N+集電極區(qū)11，所述N+集電極區(qū)11與P+集電極區(qū)1沿器件橫向方向并列設置。

本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明的有益效果為，能有效提高載流子存儲型IGBT器件在高濃度載流子存儲層濃度下的耐壓能力，進而提升器件導通壓降和關態(tài)損耗之間的折衷關系。

附圖說明

圖1為實施例1的結構示意圖；

圖2為實施例2的結構示意圖；

圖3為實施例3的結構示意圖；

圖4為實施例4的結構示意圖；

圖5為實施例5的結構示意圖；

圖6為實施例6的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，詳細描述本發(fā)明的技術方案：

實施例1：

如圖1所示，本例包括P+集電極區(qū)1、N漂移區(qū)2、槽柵結構3和發(fā)射極有源區(qū)，所述槽柵結構3和發(fā)射極有源區(qū)交替排列于N漂移區(qū)(2)表面，所述發(fā)射極有源區(qū)從下往上依次為N存儲層4、P型體區(qū)5及發(fā)射極摻雜區(qū)，所述N存儲層4底部高于槽柵結構3底部，所述發(fā)射極摻雜區(qū)由其兩側的N+區(qū)6和位于兩個N+區(qū)6之間的P+區(qū)7構成，其特征在于，還包括一個深槽結構8，所述深槽結構8由槽壁的介質及其包圍的導電材料構成，深槽結構8從槽柵結構3表面開始貫穿整個槽柵結構3并深入N漂移區(qū)2內(nèi)部，所述深槽結構8通過介質層與槽柵結構3和N漂移區(qū)2隔離，深槽結構8通過導電材料與外加控制電極連接，該外加控制電極點位可以是固定的，也可以是可變的。這里以可變電位為例，該外加電極在器件開態(tài)時為高電位但低于集電極電位，在器件關態(tài)時與發(fā)射極的電位相同。

本例的工作原理為：

當器件處于正向導通時，由于深槽結構8接的是高電位，因此深槽結構8能夠在表面積累一層電子，形成電子流動的低阻通道，從而降低電子在流動過程的導通電阻，以降低正向導通壓降，并且在不發(fā)生擊穿的前提下，隨著該可變電極高電位的增加，這種效果會更加明顯；當器件處于關斷耐壓狀態(tài)時，深槽結構8的電位與發(fā)射極電位同為低電位，故由N漂移區(qū)2和N存儲層4耗盡區(qū)內(nèi)的正電荷發(fā)出的電力線不僅可以終止于槽柵結構3和P型體區(qū)5內(nèi)的負電荷，還可以終止于深槽結構8內(nèi)的負電荷。因此，采用深槽結構8可以輔助耗盡器件的N存儲層4并調節(jié)發(fā)射極一側的電場，同時深槽與兩分裂柵構成階梯狀結構，進一步削弱發(fā)射極的電場峰值，從而提高器件在高濃度載流子存儲層下的耐壓能力，以更好地提升導通壓降和關態(tài)損耗之間的折衷關系。

實施例2：

如圖2所示，本實施例與實施例1的基本結構相同，區(qū)別在于深槽結構8通過導電材料與發(fā)射極電極連接而不是與外部可變電極連接。

本例的工作原理為：

當器件處于正向導通時，處于低電位的深槽結構8能夠在表面積累一層空穴，增強電導調制效應，從而進一步降低了導通壓降。此外，由于深槽結構與發(fā)射極連接，從而對器件“柵極-集電極”電容(亦即“密勒電容”)基本沒有影響；當器件處于關斷耐壓狀態(tài)時，與實施例1中所述有益效果相同。

作為該實施方案的簡單變形，深槽結構8還可以通過導電材料與柵極電極連接同樣可以在關斷狀態(tài)下提高器件在高濃度載流子存儲層下的耐壓能力。同時，器件正向導通時，深槽結構8表面也能積累一層電子以降低正向導通壓降。

實施例3：

如圖3所示，本實施例與實施例1的基本結構相同，區(qū)別在于所述P+集電極區(qū)1上方還有一層N型緩沖區(qū)9，該緩沖層濃度高于N型漂移區(qū)2濃度。

本例除了具備實施例1所述的有益效果之外，由于N型緩沖層9的存在使器件形成穿通型耐壓結構，可以使器件在相同的耐壓能力情況下具有更短的漂移區(qū)長度，降低了器件導通狀態(tài)下漂移區(qū)電阻，同時還可以控制P+集電極1在正向導通時的空穴注入效率，從而進一步地減少了導通壓降和關態(tài)損耗。

實施例4：

如圖4所示，本實施例與實施例3的基本結構相同，區(qū)別在于所述深槽結構8的下表面與所述N型緩沖區(qū)9上表面之間的N型漂移區(qū)2中嵌入多個P條區(qū)10，所述P條區(qū)10與位于深槽結構8下表面和N型緩沖區(qū)9上表面之間的N型漂移區(qū)2形成超結結構。

本例除了具備實施例3所述的有益效果之外，N型漂移區(qū)2內(nèi)部的超結結構，使得器件在相同耐壓能力下能夠具有更高的漂移區(qū)濃度，降低了器件導通狀態(tài)下的N型漂移區(qū)2的電阻率，從而更進一步地減小了器件的導通壓降。

實施例5：

如圖5所示，本實施例與實施例4的基本結構相同，區(qū)別在于所述N型緩沖區(qū)9濃度等于N型漂移區(qū)2且其厚度較實施例4中大。

本例除了具備實施例4所述的有益效果之外，其N型緩沖區(qū)9已與N型漂移區(qū)2摻雜無異，同時由實施例4中的全超結結構變成了半超結結構，從而降低了工藝難度。

作為本實施例的一種簡單變形，可以在P+集電極1上方再引入一個較N型緩沖層9薄的高濃度N型區(qū)以形成穿通的耐壓結構，進一步降低同等耐壓情況下的漂移區(qū)長度，從而降低導通壓降。

實施例6：

如圖6所示，本實施例與實施例1的基本結構相同，區(qū)別在于所述P+集電極區(qū)1上還包括N+集電極區(qū)11。

本例除了具備實施例1所述的有益效果之外，具有N+集電極區(qū)11的短路陽極結構能夠加速關態(tài)時漂移區(qū)內(nèi)電子的抽取，從而降低關態(tài)損耗。

綜上，本發(fā)明提供一種具有分裂柵及深槽結構的載流子存儲型IGBT，器件關態(tài)時，采用深槽輔助耗盡器件的載流子存儲層并調節(jié)發(fā)射極一側的電場，同時深槽與兩分裂柵構成階梯狀結構，削弱發(fā)射極的電場峰值，從而顯著提升器件在較高的載流子存儲層濃度下的耐壓能力。此外，器件開態(tài)時，深槽結構8表面還能積累一層載流子，進一步降低器件的導通壓降。