一种含有背面槽栅及浮空环的逆导型IGBT
专利汇可以提供一种含有背面槽栅及浮空环的逆导型IGBT专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种逆导型绝缘栅双极型晶体管（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor，RC-IGBT）器件，其含有背面槽型栅极结构。所述背面槽型栅极结构的顶部有第二导电类型的浮空环。所述浮空环与所述漂移区的内建电势差使两个所述浮空环之间的漂移区耗尽，从而抑制折回（snap-back）现象。，下面是一种含有背面槽栅及浮空环的逆导型IGBT专利的具体信息内容。
1.一种逆导型绝缘栅双极型晶体管器件，其元胞结构包括：轻掺杂的第一导电类型的漂移区，与所述漂移区的底部平面相接触的集电结构，与所述漂移区的顶部平面相接触的第二导电类型的基区，与所述基区至少有部分接触的重掺杂的第一导电类型的发射区，与所述发射区、所述基区以及所述漂移区均接触的用于控制开关的槽型栅极结构，覆盖于所述集电结构的导体形成的集电极，覆盖于所述发射区和所述基区的导体形成的发射极，覆盖于所述用于控制开关的槽型栅极结构的导体形成的栅极，其特征在于：
所述集电结构由至少一个第二导电类型的集电区，至少一个第一导电类型的集电区以及至少一个第一导电类型的缓冲区构成；所述缓冲区的底部平面与所述第二导电类型的集电区以及所述第一导电类型的集电区均直接接触，所述缓冲区的顶部平面与所述漂移区的底部平面直接接触；
所述第二导电类型的集电区通过至少一个第一种背面槽型栅极结构与所述第一导电类型的集电区相互隔离；所述第一种背面槽型栅极结构的顶部与第二导电类型的浮空环直接接触，所述第一种背面槽型栅极结构的两侧与所述漂移区直接接触；所述第一种背面槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘层介质与所述第二导电类型的集电区、所述第一导电类型的集电区、所述缓冲区、所述漂移区以及所述第二导电类型的浮空环直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与所述第二导电类型的集电区、所述第一导电类型的集电区、所述缓冲区、所述漂移区以及所述第二导电类型的浮空环相隔离，所述导体区是由重掺杂的多晶半导体材料或金属构成；所述第二导电类型的集电区、所述第一导电类型的集电区以及所述第一种背面槽型栅极结构的导体区与所述集电极直接接触；
所述元胞结构中包含第二种背面槽型栅极结构或不包含第二种背面槽型栅极结构；所述第二种背面槽型栅极结构的顶部与第二导电类型的浮空环直接接触，所述第二种背面槽型栅极结构的两侧与所述漂移区直接接触；所述第二种背面槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘层介质与所述第一导电类型的集电区、所述缓冲区、所述漂移区以及所述第二导电类型的浮空环均直接接触而不与所述第二导电类型的集电区直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与所述第一导电类型的集电区、所述缓冲区、所述漂移区以及所述第二导电类型的浮空环相隔离，所述导体区是由重掺杂的多晶半导体材料或金属构成，所述导体区与所述集电极直接接触；
所述元胞结构中包含第三种背面槽型栅极结构或不包含第三种背面槽型栅极结构；所述第三种背面槽型栅极结构的顶部与第二导电类型的浮空环直接接触，所述第三种背面槽型栅极结构的两侧与所述漂移区直接接触；所述第三种背面槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘层介质与所述第二导电类型的集电区、所述缓冲区、所述漂移区以及所述第二导电类型的浮空环均直接接触而不与所述第一导电类型的集电区直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触，并通过所述绝缘介质层与所述第二导电类型的集电区、所述缓冲区、所述漂移区以及所述第二导电类型的浮空环相隔离，所述导体区是由重掺杂的多晶半导体材料或金属构成，所述导体区与所述集电极直接接触；
所述用于控制开关的槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘介质层与所述发射区、所述基区以及所述漂移区均直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与所述发射区、所述基区以及所述漂移区相隔离，所述导体区是由重掺杂的多晶半导体材料或金属构成，所述导体区与所述栅极直接接触；
所述基区中有至少一个重掺杂的区域与所述发射极直接接触，以便形成欧姆接触。
2.如权利要求1所述的一种逆导型绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于：
相邻的两个所述与第一种背面槽型栅极结构直接接触的第二导电类型的浮空环直接接触并连通为一个长浮空环；相邻的两个所述与第二种背面槽型栅极结构直接接触的第二导电类型的浮空环直接接触并连通为一个长浮空环；相邻的所述与第一种背面槽型栅极结构直接接触的第二导电类型的浮空环和所述与第二种背面槽型栅极结构直接接触的第二导电类型的浮空环直接接触并连通为一个长浮空环。
3.如权利要求1所述的一种逆导型绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于：
所述漂移区不是与所述基区直接接触而是通过一个第一导电类型的载流子存储层与所述基区间接接触；所述载流子存储层的掺杂浓度高于所述漂移区的掺杂浓度；所述用于控制开关的槽型栅极结构的绝缘层介质与所述载流子存储层直接接触。
4.如权利要求1所述的一种逆导型绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于：
所述缓冲区中与所述第二导电类型的集电区相接触的区域的掺杂浓度和厚度需满足在所述集电极和所述发射极之间施加较高的正电压下仍不会使电场穿通至所述第二导电类型的集电区；所述缓冲区中与所述第一导电类型的集电区以及所述漂移区均相接触的区域的掺杂浓度与所述漂移区的掺杂浓度相等，使所述缓冲区中与所述第一导电类型的集电区以及所述漂移区均相接触的区域成为所述漂移区的一部分。
5.如权利要求1所述的一种逆导型绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于：
所述元胞结构中包含连接发射极的槽型栅极结构；所述连接发射极的槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘介质层与所述基区以及所述漂移区均直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与所述基区以及所述漂移区相隔离，所述导体区是由重掺杂的多晶半导体材料或金属构成，所述导体区与所述发射极直接接触。
6.如权利要求2所述的一种逆导型绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于：
所述元胞结构中包含连接发射极的槽型栅极结构；所述连接发射极的槽型栅极结构包括至少一个绝缘介质层和至少一个导体区，所述绝缘介质层与所述基区、所述载流子存储层以及所述漂移区均直接接触，所述导体区与所述绝缘介质层直接接触并通过所述绝缘介质层与所述基区、所述载流子存储层以及所述漂移区相隔离，所述导体区是由重掺杂的多晶半导体材料或金属构成，所述导体区与所述发射极直接接触。
7.如权利要求1所述的一种逆导型绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于：
在所述集电极和所述发射极之间施加零伏电压下，相邻的两个所述与第一种背面槽型栅极结构直接接触的第二导电类型的浮空环之间的漂移区完全耗尽，相邻的两个所述与第二种背面槽型栅极结构直接接触的第二导电类型的浮空环之间的漂移区完全耗尽，相邻的所述与第一种背面槽型栅极结构直接接触的第二导电类型的浮空环和所述与第二种背面槽型栅极结构直接接触的第二导电类型的浮空环之间的漂移区完全耗尽。
8.如权利要求1所述的一种逆导型绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于：
所述第二导电类型的浮空环中有效掺杂杂质总数小于所述缓冲区中有效掺杂杂质总数。
一种含有背面槽栅及浮空环的逆导型IGBT
技术领域
背景技术
发明内容
所述第二导电类型的集电区10通过至少一个第一种背面槽型栅极结构（由12和35构成）与所述第一导电类型的集电区11相互隔离；所述第一种背面槽型栅极结构（由12和35构成）的顶部与第二导电类型的浮空环22直接接触，所述第一种背面槽型栅极结构（由12和35构成）的两侧与所述漂移区21直接接触；所述第一种背面槽型栅极结构（由12和35构成）包括至少一个绝缘介质层35和至少一个导体区12，所述绝缘层介质35与所述第二导电类型的集电区10、所述第一导电类型的集电区11、所述缓冲区20、所述漂移区21以及第二导电类型的浮空环22直接接触，所述导体区12与所述绝缘介质层35直接接触并通过所述绝缘介质层
35与所述第二导电类型的集电区10、所述第一导电类型的集电区11、所述缓冲区20、所述漂移区21以及所述第二导电类型的浮空环22相隔离，所述导体区12是由重掺杂的多晶半导体材料或金属构成；所述第二导电类型的集电区10、所述第一导电类型的集电区11以及所述第一种背面槽型栅极结构（由12和35构成）的导体区12与所述集电极C直接接触；
所述元胞结构中包含第二种背面槽型栅极结构（由12和35构成）或不包含第二种背面槽型栅极结构（由12和35构成）；所述第二种背面槽型栅极结构（由12和35构成）的顶部与第二导电类型的浮空环22直接接触，所述第二种背面槽型栅极结构（由12和35构成）的两侧与所述漂移区21直接接触；所述第二种背面槽型栅极结构（由12和35构成）包括至少一个绝缘介质层35和至少一个导体区12，所述绝缘层介质35与所述第一导电类型的集电区11、所述缓冲区20、所述漂移区21以及第二导电类型的浮空环22均直接接触而不与所述第二导电类型的集电区10直接接触，所述导体区12与所述绝缘介质层35直接接触并通过所述绝缘介质层35与所述第一导电类型的集电区11、所述缓冲区20、所述漂移区21以及所述第二导电类型的浮空环22相隔离，所述导体区12是由重掺杂的多晶半导体材料或金属构成，所述导体区12与所述集电极C直接接触；
所述元胞结构中包含第三种背面槽型栅极结构（由12和35构成）或不包含第三种背面槽型栅极结构（由12和35构成）；所述第三种背面槽型栅极结构（由12和35构成）的顶部与第二导电类型的浮空环22直接接触，所述第三种背面槽型栅极结构（由12和35构成）的两侧与所述漂移区21直接接触；所述第三种背面槽型栅极结构（由12和35构成）包括至少一个绝缘介质层35和至少一个导体区12，所述绝缘层介质35与所述第二导电类型的集电区10、所述缓冲区20、所述漂移区21以及第二导电类型的浮空环22均直接接触而不与所述第一导电类型的集电区11直接接触，所述导体区12与所述绝缘介质层35直接接触并通过所述绝缘介质层35与所述第二导电类型的集电区10、所述缓冲区20、所述漂移区21以及所述第二导电类型的浮空环22相隔离，所述导体区12是由重掺杂的多晶半导体材料或金属构成，所述导体区12与所述集电极C直接接触；
所述用于控制开关的槽型栅极结构（由33和34构成）包括至少一个绝缘介质层34和至少一个导体区33，所述绝缘介质层34与所述发射区31、所述基区（由30和32构成）以及所述漂移区21均直接接触，所述导体区33与所述绝缘介质层34直接接触并通过所述绝缘介质层
34与所述发射区31、所述基区（由30和32构成）以及所述漂移区21相隔离，所述导体区33是由重掺杂的多晶半导体材料或金属构成，所述导体区33与所述栅极G直接接触；
所述基区（由30和32构成）中有至少一个重掺杂的区域32与所述发射极E直接接触，以便形成欧姆接触。
图3: 本发明的又一种RC-IGBT，其有的第一种背面槽型栅极结构之间含有第二种背面槽型栅极结构，有的第一种背面槽型栅极结构之间没有第二种背面槽型栅极结构；
图4: 本发明的又一种RC-IGBT，其含有第一种背面槽型栅极结构、第二种背面槽型栅极结构和第三种背面槽型栅极结构；
图5: 本发明的又一种RC-IGBT，其两个第一种背面槽型栅极结构之间有两个第二种背面槽型栅极结构；
图6: 根据图1，本发明的又一种RC-IGBT，其浮空环连通成一个长浮空环；
图7: 根据图2，本发明的又一种RC-IGBT，其浮空环连通成一个长浮空环；
图8: 根据图5，本发明的又一种RC-IGBT，其浮空环连通成一个长浮空环；
图9: 根据图1，本发明的又一种RC-IGBT，其基区与漂移区之间有载流子存储层；
图10: 根据图2，本发明的又一种RC-IGBT，其基区与漂移区之间有载流子存储层；
图11: 根据图4，本发明的又一种RC-IGBT，其基区与漂移区之间有载流子存储层；
图12: 根据图1，本发明的又一种RC-IGBT，其缓冲区中与第一种导电类型的集电区及漂移区相接触的区域成为了漂移区的一部分；
图13: 根据图2，本发明的又一种RC-IGBT，其缓冲区中与第一种导电类型的集电区及漂移区相接触的区域成为了漂移区的一部分；
图14: 根据图4，本发明的又一种RC-IGBT，其缓冲区中与第一种导电类型的集电区及漂移区相接触的区域成为了漂移区的一部分；
图15: 根据图1，本发明的又一种RC-IGBT，其含有连接发射极的槽型栅极结构；
图16: 根据图6，本发明的又一种RC-IGBT，其含有连接发射极的槽型栅极结构；
图17: 图1中本发明的RC-IGBT和对比结构的正向I-V曲线和反向I-V曲线。
具体实施方式
接触，当基区（p-base区30）表面的掺杂浓度足够高时，基区中的重掺杂的区域（p区32）并不是必须要的。
10），从而引起空穴从第二种导电类型的集电区（p-collector区10）注入到漂移区（n-区
21），最终器件导通。
12采用重掺杂的p型多晶硅；第二导电类型的浮空环（p-ring区 22）与背面槽型栅极结构界面上的峰值浓度为2×1016 cm-3，其扩散长度为0.6 μm；第二导电类型的集电区（p-collector区10）和第一导电类型的集电区（n+区11）的厚度和掺杂浓度均分别为0.6 μm和3
18 -3 +
×10 cm ，第一导电类型的集电区（n 区11）的宽度为3 μm，第二导电类型的集电区（p-collector区10）的宽度为4 μm；
图17是图1中本发明的RC-IGBT和对比结构的正向导通I-V曲线和反向导通I-V曲线，其中对比结构与图1结构的区别只在于没有第二导电类型的浮空环（p-ring区 22）。图1中本发明的RC-IGBT具备双向导电的能力。通过对比可以发现，本发明的RC-IGBT更不易发生折回现象。
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