沟槽栅型IGBT器件制造技术

本实用新型专利技术提供了一种沟槽栅型IGBT器件，该器件包括：N型掺杂的漂移区；P型掺杂的集电区，与漂移区的背面直接或间接地电接触；P型掺杂的基区，与漂移区的正面直接或间接地电接触；第一沟槽栅结构，由基区的表面沿Z方向纵向延伸至漂移区内；N型掺杂的发射区，位于基区内且位于第一沟槽栅结构的一侧或两侧；第二沟槽栅结构，由基区的表面沿Z方向纵向延伸至漂移区内，第三沟槽栅结构的一侧或两侧具有N型掺杂的类发射区，第二沟槽栅结构以及类发射区与发射区电性连接；第三沟槽栅结构，由基区的表面沿Z方向纵向延伸至漂移区内，第三沟槽栅结构与发射区电性连接。本实用新型专利技术能够有效降低输入电容，而且器件的鲁棒性能可调。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及IGBT器件结构，尤其涉及一种沟槽栅型IGBT器件。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是近年来最令人瞩目而且发展很快的一种新型电力电子器件。IGBT器件具有栅极高输入阻抗、开通和关断时具有较宽的安全工作区等特性，因此IGBT器件在电机驱动、电焊机、电磁炉，UPS电源等方面有很广泛的应用。随着IGBT器件的不断发展，单位面积内的电流密度提升要求也日趋紧迫，因此在本领域的工程技术人员提出了沟槽型IGBT器件。与最初的平面栅IGBT器件相比，沟槽栅IGBT器件单位面积上的电流密度大幅度提高，器件的面积也相应的下降，但由于沟槽密度增加，目前的沟槽型IGBT器件的输入电容大幅度增加，导致了不容易驱动的问题。另外，由于常规的沟槽型IGBT器件电流比平面栅IGBT器件的电流增加很多，因此导致沟槽型IGBT器件的鲁棒性能也较差。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种沟槽栅型IGBT器件，能够有效降低输入电容，还可以使得IGBT器件的鲁棒性能可调。为解决上述技术问题，本技术提供了一种沟槽栅型IGBT器件，包括：N型掺杂的漂移区，具有正面以及与该正面相对的背面，所述正面和背面平行于由相互垂直的X方向和Y方向界定的XY平面；P型掺杂的集电区，与所述漂移区的背面直接或间接地电接触；P型掺杂的基区，与所述漂移区的正面直接或间接地电接触；第一沟槽栅结构，由所述基区的表面沿Z方向纵向延伸至所述漂移区内，所述Z方向垂直于所述XY平面；N型掺杂的发射区，位于所述基区内且位于所述第一沟槽栅结构的一侧或两侧；第二沟槽栅结构，由所述基区的表面沿Z方向纵向延伸至所述漂移区内，所述第三沟槽栅结构的一侧或两侧具有N型掺杂的类发射区，所述第二沟槽栅结构以及类发射区与所述发射区电性连接；第三沟槽栅结构，由所述基区的表面沿Z方向纵向延伸至所述漂移区内，所述第三沟槽栅结构与所述发射区电性连接。根据本技术的一个实施例，所述第二沟槽栅结构与所述第三沟槽栅结构在所述XY平面内的延伸方向相互平行。根据本技术的一个实施例，所述第二沟槽栅结构与所述第三沟槽栅结构在所述XY平面内的延伸方向垂直于所述第一沟槽栅结构在所述XY平面内的延伸方向。根据本技术的一个实施例，所述器件还包括：第四沟槽栅结构，由所述基区的表面沿Z方向纵向延伸至所述漂移区内，所述第四沟槽栅结构在所述XY平面内的延伸方向平行于所述第一沟槽栅结构在所述XY平面内的延伸方向，所述第二沟槽栅结构和第三沟槽栅结构位于相邻的两个第四沟槽栅结构之间且与所述相邻的两个第四沟槽栅连通。根据本技术的一个实施例，所述第一沟槽栅结构与紧邻的第四沟槽栅结构之间的距离记为W1，距离W1可调。根据本技术的一个实施例，相邻的两个第二沟槽栅结构之间具有一个或多个第三沟槽栅结构。根据本技术的一个实施例，紧邻的两个第三沟槽栅结构之间的距离记为W2，所述第二沟槽栅结构与紧邻的第三沟槽栅结构之间的距离记为W3，距离W2与距离W3之间的比例可调。根据本技术的一个实施例，所述器件还包括：介质层，覆盖所述基区、发射区、第一沟槽栅结构、第二沟槽栅结构和第三沟槽栅结构的表面，所述介质层中形成有接触孔，所述接触孔的底部露出所述第二沟槽栅结构、类发射区和发射区；发射极电极，填充在所述接触孔内，所述第二沟槽栅结构、类发射区和发射区经由所述发射极电极电性连接。根据本技术的一个实施例，所述漂移区的背面具有N型掺杂的缓冲区，所述集电区经由所述缓冲区与所述漂移区的背面电接触。根据本技术的一个实施例，所述漂移区的正面具有N型掺杂的JFET掺杂区，所述基区形成在所述JFET掺杂区内并经由所述JFET掺杂区与所述漂移区的正面电接触。与现有技术相比，本技术具有以下优点：本技术实施例的沟槽栅型IGBT器件相比于传统的沟槽型IGBT器件，增加了第二沟槽栅结构、第三沟槽栅结构以及类发射区，类发射区位于第二沟槽栅结构的一侧或两侧，第二沟槽栅结构、第三沟槽栅结构以及类发射区与第一沟槽栅结构电性连接，从而减少了有效元胞的面积，减少了与外部栅极驱动相连的栅极数量，从而有效地降低了输入电容。进一步地，相邻的第三沟槽栅结构之间的区域形成了电压浮置的待用伪元胞结构，该电压浮置的待用伪元胞结构在IGBT器件导通时提供载流子注入增强效应，该载流子增强效应可以提高沟槽栅型IGBT器件的元胞底部附近的载流子浓度，从而改善器件的导通损耗。另外，第二沟槽栅结构与相邻的第三沟槽栅结构之间的区域形成了与发射极电性连接的待用伪元胞结构，该与发射极电性连接的待用伪元胞结构使得IGBT器件的发射极与集电极之间的电容Cce增大，能够有效地改善沟槽栅型IGBT器件在短路状态下的稳定性，有利于增强器件的鲁棒性。此外，本技术实施例的IGBT器件中，通过调节电压浮置的待用伪元胞结构以及发射极电性连接的待用伪元胞结构的宽度以及两种待用伪元胞结构之间的数量比例，可以在鲁棒性和导通损耗之间进行调节和折中，从而适用于各种不同的应用场景。而且，通过调节第一沟槽栅结构与第四沟槽栅结构之间的间距，可以改善IGBT器件的导通损耗以及降低芯片面积，节约成本。附图说明图1是根据本技术实施例的沟槽栅型IGBT器件的立体结构示意图；图2是根据本技术实施例的沟槽栅型IGBT器件的俯视示意图；图3是图2所示沟槽栅型IGBT器件沿A-A’方向的剖面示意图；图4是图2所示沟槽栅型IGBT器件沿B-B’方向的剖面示意图；图5是图2所示沟槽栅型IGBT器件沿C-C’方向的剖面示意图；图6是根据本技术实施例的沟槽栅型IGBT器件导通时的电流波形与传统的沟槽栅型IGBT器件导通时的电流波形的对比图；图7是根据本技术实施例的沟槽栅型IGBT器件在发生短路时的电流电压波形图；图8是传统的沟槽栅型IGBT器件在发生短路时的电流电压波形图；图9是根据本技术实施例的IGBT器件的制造方法的流程示意图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本技术作进一步说明，但不应以此限制本技术的保护范围。参考图1至图5，本实施例的沟槽栅型IGBT器件主要包括：漂移区100、缓冲区108、集电区109、集电极110、JFET掺杂区101、基区105、发射区106、类发射区106’、第一沟槽栅结构TG1、第二沟槽栅结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟槽栅型IGBT器件，包括：N型掺杂的漂移区，具有正面以及与该正面相对的背面，所述正面和背面平行于由相互垂直的X方向和Y方向界定的XY平面；P型掺杂的集电区，与所述漂移区的背面直接或间接地电接触；P型掺杂的基区，与所述漂移区的正面直接或间接地电接触；第一沟槽栅结构，由所述基区的表面沿Z方向纵向延伸至所述漂移区内，所述Z方向垂直于所述XY平面；N型掺杂的发射区，位于所述基区内且位于所述第一沟槽栅结构的一侧或两侧；其特征在于，还包括：第二沟槽栅结构，由所述基区的表面沿Z方向纵向延伸至所述漂移区内，所述第二沟槽栅结构的一侧或两侧具有N型掺杂的类发射区，所述第二沟槽栅结构以及类发射区与所述发射区电性连接；第三沟槽栅结构，由所述基区的表面沿Z方向纵向延伸至所述漂移区内，所述第三沟槽栅结构与所述发射区电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种沟槽栅型IGBT器件，包括：
N型掺杂的漂移区，具有正面以及与该正面相对的背面，所述正面和背面平行于由相互垂直的X方向和Y方向界定的XY平面；
P型掺杂的集电区，与所述漂移区的背面直接或间接地电接触；
P型掺杂的基区，与所述漂移区的正面直接或间接地电接触；
第一沟槽栅结构，由所述基区的表面沿Z方向纵向延伸至所述漂移区内，所述Z方向垂直于所述XY平面；
N型掺杂的发射区，位于所述基区内且位于所述第一沟槽栅结构的一侧或两侧；
其特征在于，还包括：
第二沟槽栅结构，由所述基区的表面沿Z方向纵向延伸至所述漂移区内，所述第二沟槽栅结构的一侧或两侧具有N型掺杂的类发射区，所述第二沟槽栅结构以及类发射区与所述发射区电性连接；
第三沟槽栅结构，由所述基区的表面沿Z方向纵向延伸至所述漂移区内，所述第三沟槽栅结构与所述发射区电性连接。
2.根据权利要求1所述的沟槽栅型IGBT器件，其特征在于，所述第二沟槽栅结构与所述第三沟槽栅结构在所述XY平面内的延伸方向相互平行。
3.根据权利要求2所述的沟槽栅型IGBT器件，其特征在于，所述第二沟槽栅结构与所述第三沟槽栅结构在所述XY平面内的延伸方向垂直于所述第一沟槽栅结构在所述XY平面内的延伸方向。
4.根据权利要求3所述的沟槽栅型IGBT器件，其特征在于，还包括：
第四沟槽栅结构，由所述基区的表面沿Z方向纵向延伸至所述漂移区内，所述第四沟槽栅结构在所述XY平面内的延伸方向平行于所述第一沟槽栅结...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾悦吉，杨彦涛，韩健，王珏，
申请(专利权)人：杭州士兰集成电路有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33