具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。

本文所使用的半导体领域词汇为本领域技术人员常用的技术词汇，例如对于P型和N型杂质，为区分掺杂浓度，简易的将P+型代表重掺杂浓度的P型，P型代表中掺杂浓度的P型，P-型代表轻掺杂浓度的P型，N+型代表重掺杂浓度的N型，N型代表中掺杂浓度的N型，N-型代表轻掺杂浓度的N型。

IGBT要想获得低的导通压降和大的安全工作区，需要少数载流子的阳极注入在通电状态下增强，在关断或短路切换时减弱或理想地消除。这已经在DB-IGBT(Dynamic N-Buffer Insulated Gate Bipolar Transistor，动态N缓冲绝缘栅双极型晶体管)和DT-IGBT(Double Trench Insulated Gate Bipolar Transistor，双沟槽绝缘栅双极晶体管)中实现。然而，这两种器件都需要两个栅极，在关断过程和短路切换过程中，需要对两个栅极的开关信号的时间相位进行精确控制，以获得理想的性能，这使得驱动电路变得复杂。

图1是一实施例中绝缘栅双极型晶体管的剖面结构示意图，包括漂移区3、体区4、阴极第一导电类型区6、阴极第二导电类型区5、阳极第一导电类型区(包括第一区17和第二区16)及阳极第二导电类型区(包括第三区15和第四区8)。

第二导电类型的体区4设于第一导电类型的漂移区3上，阴极第一导电类型区6和阴极第二导电类型区5设于体区4中，阳极第一导电类型区和阳极第二导电类型区设于漂移区3上。在图1所示的实施例中，第一导电类型是N型，第二导电类型是P型；在另一个实施例中，也可以第一导电类型是P型，第二导电类型是N型。

第一区17的掺杂浓度小于第二区16，第三区15的掺杂浓度小于第四区8，第三区15设于第四区8和体区4之间，第一区17设于第四区8下方，第二区16设于第三区15下方、且位于第一区17和体区4之间。在图1所示的实施例中，第三区15距体区4的距离小于第四区8距体区4的距离，第二区16距体区的距离小于第一区17距体区4的距离。

在图1所示的实施例中，IGBT还包括第一导电类型的缓冲层7，阳极第一导电类型区和阳极第二导电类型区设于缓冲层7内。在一个实施例中，缓冲层7的掺杂浓度小于第二区16的掺杂浓度、大于第一区17的掺杂浓度；进一步地，缓冲层7的掺杂浓度比第二区16的掺杂浓度低一个数量级，比第一区17的掺杂浓度高一个数量级。在图1所示的实施例中，缓冲层7是N型缓冲层。

在图1所示的实施例中，体区4的掺杂浓度低于阴极第二导电类型区5的掺杂浓度；进一步地，体区4的掺杂浓度比阴极第二导电类型区5的掺杂浓度低一个数量级。

在图1所示的实施例中，第一区17是N-区，第二区16是N+区，第三区15是P-区，第四区8是P+区，体区4是P型体区，阴极第一导电类型区6是N+区，阴极第二导电类型区5是P+区。

图2是图1所示IGBT的等效电路图。绝缘栅双极型晶体管等效于具有第一三极管PNP1和第二三极管PNP2。第一三极管PNP1的集电极包括体区4，基极包括漂移区3、缓冲层7及第一区17，发射极包括第四区8。第二三极管PNP2的集电极包括体区4，基极包括漂移区3、缓冲层7及第二区16，发射极包括第三区15。

上述绝缘栅双极型晶体管，阳极第二导电类型区划分成轻掺杂的第三区15和重掺杂的第四区8，并在阳极第二导电类型区下方设置阳极第一导电类型区，包括第四区8下方轻掺杂的第一区17和第三区15下方重掺杂的第二区16。由于新增了额外的第一区17，当阳极从第四区8注入空穴时，为了达到电荷平衡，第四区8的空穴注入效率会增加；由于新增了额外的第二区16并且设置了第三区15，再加上第二区16的掺杂浓度高于第一区17，因此第三区15的空穴注入效率将低于第四区8。上述绝缘栅双极型晶体管等效于具有两个三极管：第四区8、第一区17/缓冲层7/漂移区3、体区4形成第一三极管PNP1，第三区15、第二区16/缓冲层7/漂移区3、体区4形成第二三极管PNP2。(1)在阳极电压较小时(器件工作在线性电流区域)，电子电流作为两个三极管的基极驱动电流，促使空穴从阳极的第三区15和第四区8注入第一区17和第二区16，注入的空穴由此形成两个三极管的发射极电流。由于第一区17为N-区，因此发射极区需要贡献更多的电子。当电子电流流向集电极时，集电极区吸引更多的空穴注入。由于第二三极管PNP2的注入效率低于第一三极管PNP1，阳极电流主要流过第一三极管PNP1。由于第一区17空穴浓度较低，第四区8的空穴注入效率高于传统结构，因而本发明结构的导通电压较低。(2)随着阳极电流电压的增大(器件工作在饱和电流区域)，第一三极管PNP1的空穴注入效率下降，更多的电流流过第二三极管PNP2，而第二三极管PNP2空穴注入效率较低，故器件的饱和电流得到抑制。如图3所示，本发明结构的线性电流大于传统结构的线性电流，饱和电流小于传统结构的饱和电流。综上所述，上述绝缘栅双极型晶体管能够在线性电流区域提高空穴注入效率，获得更低的导通压降；并且在饱和电流区域降低饱和电流，获得更大的安全工作区。

在图1所示的实施例中，绝缘栅双极型晶体管还包括第二导电类型的衬底1和衬底1上的埋氧层BOX，漂移区3设于埋氧层BOX上。具体地，衬底1可以是P型衬底。

在图1所示的实施例中，绝缘栅双极型晶体管还包括设于体区4和阳极第二导电类型区之间的场氧层9。具体地，场氧层9的一侧可以延伸至第三区15边缘和第二区16边缘，并覆盖一部分缓冲层7。

在图1所示的实施例中，绝缘栅双极型晶体管还包括第一多晶硅10和第二多晶硅11。第二多晶硅11设于场氧层9上，第一多晶硅10从场氧层9上向阴极第一导电类型区6延伸。在图1所示的实施例中，第一多晶硅10位于场氧层9之外的部分还在下方设有介电层(图1未标示)，即场氧层9与阴极第一导电类型区6之间的区域在漂移区3和体区4上设有介电层，介电层上设有第一多晶硅10。

在图1所示的实施例中，绝缘栅双极型晶体管表面还设有介质层14。介质层14上设有第一电极12a和第二电极13a，第一电极12a通过第一接触孔12内填充的导电材料(例如金属或合金)电连接并引出阴极第一导电类型区6和阴极第二导电类型区5。第二电极13a通过一接触孔13电连接并引出第二多晶硅11，通过另一接触孔13电连接并引出第三区15和第四区8。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。