本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種逆導(dǎo)型IGBT。

背景技術(shù)：

IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)因其兼具M(jìn)OSFET的驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快以及BJT的導(dǎo)通壓降小、電流大等諸多優(yōu)勢(shì)而在眾多功率器件中備受青睞，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的控制與轉(zhuǎn)化。說(shuō)明書(shū)附圖1所示為采用了IGBT的橋式逆變電路，為了給感性負(fù)載向直流電源反饋的無(wú)功能量提供泄放通道，需要給每個(gè)IGBT都反并聯(lián)一個(gè)二極管。出于降低成本以及減少封裝帶來(lái)的各種寄生效應(yīng)的考慮，業(yè)界的一般做法是將IGBT和反并聯(lián)的二極管集成在一塊芯片上形成逆導(dǎo)型IGBT。相比傳統(tǒng)IGBT結(jié)構(gòu)，逆導(dǎo)型IGBT背面的P型集電區(qū)被一部分N型集電區(qū)所取代。逆導(dǎo)型IGBT面臨的主要問(wèn)題是其工作在正向?qū)顟B(tài)下存在集電極電壓的回跳現(xiàn)象(snapback)，如說(shuō)明書(shū)附圖2所示。電壓回跳現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是逆導(dǎo)型IGBT在正向?qū)〞r(shí)存在由單極模式向雙極模式的轉(zhuǎn)換。電壓回跳現(xiàn)象易造成IGBT模塊中電流的局部集中，進(jìn)而導(dǎo)致局部功耗過(guò)大而燒毀器件。

傳統(tǒng)逆導(dǎo)型IGBT消除電壓回跳現(xiàn)象的措施是大幅增加P型集電區(qū)對(duì)集電區(qū)總長(zhǎng)度的占比，然而這種方法會(huì)大大降低N型集電區(qū)對(duì)集電區(qū)總長(zhǎng)度的占比，從而增大反向?qū)〞r(shí)的二極管壓降。本發(fā)明不僅有效抑制電壓回跳現(xiàn)象，而且使逆導(dǎo)型IGBT的正反向?qū)ㄐ阅芫蠓纳啤?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種消除電壓回跳現(xiàn)象的逆導(dǎo)型IGBT。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種逆導(dǎo)型IGBT，在N型高阻半導(dǎo)體表面形成P型區(qū)1，所述P型區(qū)1表面沿器件橫向方向并列交替形成N型發(fā)射區(qū)3和P型體接觸區(qū)4；在N型發(fā)射區(qū)3中部形成貫穿P型區(qū)1且底部與N型高阻半導(dǎo)體相接觸的介質(zhì)槽2，介質(zhì)槽2由位于槽內(nèi)壁的絕緣介質(zhì)層21和由絕緣介質(zhì)層21包圍的導(dǎo)電材料22構(gòu)成，由介質(zhì)槽2中的導(dǎo)電材料22引出柵電極，形成槽柵結(jié)構(gòu)；所述N型發(fā)射區(qū)3和P型體接觸區(qū)4的共同引出端為發(fā)射極電極；在N型高阻半導(dǎo)體材料的背面，沿器件橫向方向由連續(xù)交替變換的N型區(qū)51和P型區(qū)52形成集電區(qū)5，所述N型區(qū)51和P型區(qū)52的共同引出端為集電極；所述集電區(qū)5的頂部引入具有電場(chǎng)截止作用的重?fù)诫sN型島6，所述重?fù)诫sN型島6沿器件橫向方向間斷分布，相鄰重?fù)诫sN型島6之間為高阻N型漂移區(qū)。

上述方案為槽柵結(jié)構(gòu)的IGBT。

一種逆導(dǎo)型IGBT，在N型高阻半導(dǎo)體材料表面形成若干個(gè)P型阱區(qū)1，在P型阱區(qū)1表面沿器件橫向方向并列形成N型發(fā)射區(qū)3和P型體接觸區(qū)4，N型發(fā)射區(qū)3靠近P型阱區(qū)1邊緣，P型體接觸區(qū)4遠(yuǎn)離P型阱區(qū)1邊緣，N型發(fā)射區(qū)3和P型體接觸區(qū)4的共同引出端為發(fā)射極電極，所述N型發(fā)射區(qū)3與P型阱區(qū)1邊緣有間距；在兩相鄰P型阱區(qū)1中的兩個(gè)相鄰N型發(fā)射區(qū)3之間的半導(dǎo)體表面覆蓋柵介質(zhì)，柵介質(zhì)表面覆蓋導(dǎo)電材料形成平面柵結(jié)構(gòu)，并引出柵電極；在N型高阻半導(dǎo)體材料的背面，由交替變換的N型區(qū)51和P型區(qū)52形成集電區(qū)5，所述N型區(qū)51和P型區(qū)52的共同引出端為集電極電極；所述集電區(qū)5的頂部引入具有電場(chǎng)截止作用的重?fù)诫sN型島6，所述重?fù)诫sN型島6沿器件橫向方向間斷分布，相鄰重?fù)诫sN型島之間6為高阻N型漂移區(qū)。

上述方案為平面柵結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明總的技術(shù)方案是：在N型高阻半導(dǎo)體材料表面形成P型區(qū)，所述P型區(qū)表面沿器件橫向方向并列交替形成N型發(fā)射區(qū)和P型體接觸區(qū)。在N型發(fā)射區(qū)中部形成貫穿P型區(qū)且底部與N型高阻半導(dǎo)體相接觸的介質(zhì)槽，介質(zhì)槽由位于槽內(nèi)壁的絕緣介質(zhì)層和由絕緣介質(zhì)層包圍的導(dǎo)電材料構(gòu)成，由介質(zhì)槽中的導(dǎo)電材料引出柵電極，形成槽柵結(jié)構(gòu)；所述N型發(fā)射區(qū)和P型體接觸區(qū)的共同引出端為發(fā)射極電極。在N型高阻半導(dǎo)體材料的背面，沿器件橫向方向由連續(xù)交替變換的N型區(qū)和P型區(qū)形成集電區(qū)，所述N型和P型區(qū)的共同引出端為集電極。所述集電區(qū)的頂部引入具有電場(chǎng)截止作用的重?fù)诫sN型島，所述重?fù)诫sN型島沿器件橫向方向間斷分布，相鄰重?fù)诫sN型島之間為高阻N型漂移區(qū)。

進(jìn)一步的，所述重?fù)诫sN型島6與集電區(qū)5之間在器件縱向方向上的距離為ΔT，且滿(mǎn)足ΔT≧0；所述器件縱向方向與器件橫向方向位于同一水平面且相互平行。

進(jìn)一步的，相鄰重?fù)诫sN型島6沿器件橫向方向上等間距。

進(jìn)一步的，相鄰重?fù)诫sN型島6沿器件橫向方向上的間距在靠近N型集電區(qū)51的位置大于在遠(yuǎn)離N型集電區(qū)51的位置。

本發(fā)明的有益效果為，具有閾值電壓較小、導(dǎo)通電阻進(jìn)一步優(yōu)化、以及較小的柵漏電容等優(yōu)良特性。

附圖說(shuō)明

圖1是采用IGBT的橋式逆變電路示意圖；

圖2是集電極電壓回跳示意圖；

圖3是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是實(shí)施例8的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述

實(shí)施例1，如圖3所示，本例為溝槽柵逆導(dǎo)型IGBT。在N型高阻半導(dǎo)體材料表面形成P型區(qū)1，所述P型區(qū)表面沿器件橫向方向并列交替形成N型發(fā)射區(qū)3和P型體接觸區(qū)4。在N型發(fā)射區(qū)3中部形成貫穿P型區(qū)且底部與N型高阻半導(dǎo)體相接觸的介質(zhì)槽2，介質(zhì)槽由位于槽內(nèi)壁的絕緣介質(zhì)層21和由絕緣介質(zhì)層包圍的導(dǎo)電材料22構(gòu)成，由介質(zhì)槽中的導(dǎo)電材料引出柵電極，形成槽柵結(jié)構(gòu)；所述N型發(fā)射區(qū)和P型體接觸區(qū)的共同引出端為發(fā)射極電極。在N型高阻半導(dǎo)體材料的背面，沿器件橫向方向由連續(xù)交替變換的N型區(qū)51和P型區(qū)52形成集電區(qū)5，所述N型和P型區(qū)的共同引出端為集電極。所述集電區(qū)5的頂部引入具有電場(chǎng)截止作用的重?fù)诫sN型島6，所述重?fù)诫sN型島與集電區(qū)之間在器件縱向方向上接觸；所述重?fù)诫sN型島沿器件橫向方向間斷分布，且相鄰重?fù)诫sN型島之間沿器件橫向方向上的間距均為ΔL，相鄰重?fù)诫sN型島之間為高阻N型漂移區(qū)。

本例的工作原理為：

相比傳統(tǒng)逆導(dǎo)型IGBT，本實(shí)施例利用等間距分布的重?fù)诫sN型島取代連續(xù)的N-buffer 層，在保證正向阻斷時(shí)場(chǎng)截止作用的情況下引入高阻通道，使器件在正向?qū)ǔ跗陔娮与娏髁鹘?jīng)路徑的分布電阻增加，從而實(shí)現(xiàn)集電結(jié)更易開(kāi)啟，更易進(jìn)入雙極模式。

實(shí)施例2

如圖4所示，本例為溝槽柵逆導(dǎo)型IGBT。本例與實(shí)施例1的不同之處在于，相鄰重?fù)诫sN型島之間沿器件橫向方向上的間距在靠近N型集電區(qū)51的位置大，在遠(yuǎn)離N型集電區(qū)51的位置??；表現(xiàn)在圖4上，有ΔL1>ΔL2>ΔL3>ΔL4>ΔL5。

實(shí)施例3

如圖5所示，本例為溝槽柵逆導(dǎo)型IGBT。本例與實(shí)施例1的不同之處在于，間斷分布的重?fù)诫sN型島與集電區(qū)之間在器件縱向方向上有距離，且距離為ΔT。

實(shí)施例4

如圖6所示，本例為溝槽柵逆導(dǎo)型IGBT。本例與實(shí)施例2的不同之處在于，間斷分布的重?fù)诫sN型島與集電區(qū)之間在器件縱向方向上有距離，且距離為ΔT。

實(shí)施例5

如圖7所示，本例為平面柵逆導(dǎo)型IGBT。本例在N型高阻半導(dǎo)體材料表面形成若干個(gè)P型阱區(qū)1，在P型阱區(qū)表面沿器件橫向方向并列形成N型發(fā)射區(qū)3和P型體接觸區(qū)4，N型發(fā)射區(qū)靠近P型阱區(qū)邊緣,P型體接觸區(qū)遠(yuǎn)離P型阱區(qū)邊緣,二者的共同引出端為發(fā)射極電極，所述N型發(fā)射區(qū)與P型阱區(qū)邊緣有間距。在兩相鄰P型阱區(qū)中的兩個(gè)相鄰N型發(fā)射區(qū)3之間的半導(dǎo)體表面覆蓋柵介質(zhì)，柵介質(zhì)表面覆蓋導(dǎo)電材料形成平面柵結(jié)構(gòu)，并引出柵電極。在N型高阻半導(dǎo)體材料的背面，由交替變換的N型區(qū)51和P型區(qū)52形成集電區(qū)5，所述N型和P型區(qū)的共同引出端為集電極電極。所述集電區(qū)5的頂部引入具有電場(chǎng)截止作用的重?fù)诫sN型島6，所述重?fù)诫sN型島與集電區(qū)接觸，且沿器件橫向方向間斷分布，相鄰重?fù)诫sN型島之間沿器件橫向方向上的間距均為ΔL，相鄰重?fù)诫sN型島之間為高阻N型漂移區(qū)。

實(shí)施例6

如圖8所示，本例為平面柵逆導(dǎo)型IGBT。本例與實(shí)施例5的不同之處在于，相鄰重?fù)诫sN型島之間沿器件橫向方向上的間距在靠近N型集電區(qū)51的位置大，在遠(yuǎn)離N型集電區(qū)51的位置??；表現(xiàn)在圖8上，有ΔL1>ΔL2>ΔL3>ΔL4>ΔL5。

實(shí)施例7

如圖9所示，本例為平面柵逆導(dǎo)型IGBT。本例與實(shí)施例5的不同之處在于，間斷分布的重?fù)诫sN型島與集電區(qū)之間在器件縱向方向上有距離，且距離為ΔT。

實(shí)施例8

如圖10所示，本例為平面柵逆導(dǎo)型IGBT。本例與實(shí)施例6的不同之處在于，間斷分布的重?fù)诫sN型島與集電區(qū)之間在器件縱向方向上有距離，且距離為ΔT。