[发明专利]一种带有侧边多晶硅电极沟槽非穿通型绝缘栅双极晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及双极晶体管，特别是涉及一种带有侧边多晶硅电极沟槽非穿通型绝缘栅双极晶体管。

背景技术

绝缘栅双极晶体管（IGBT）既有MOSFET的输入阻抗高，驱动功率小，开关损耗低，又有双极型功率晶体管的电流密度大，饱和压降低等优点。作为新型的电力半导体器件被广泛应用于电力电子领域。然而，由于采用沟槽栅技术设计IGBT，在沟槽的底部曲面率小的原因，电场在沟槽栅底部容易集中，使得限制了沟槽栅型绝缘栅场效应晶体管的击穿电压。

文献[1]“Dual-Material-Gate Technique for Enhanced Transconductance and Breakdown Voltage of Trench Power MOSFETs”（作者：Raghvendra S.Saxena,M.Jagadensh Kumar;出处：IEEE Transactions on Electron Devices，2009年，第56卷，第517页～第522页）提出了一种新型的双金属栅极沟道思想，对原来的沟槽栅极进行化学机械抛光减薄工艺，然后淀积P+型多晶硅，接着进行栅槽的内部深刻槽，淀积小功函数的金属。该文献的做法提高了击穿电压和降低了跨导。

文献[2]“The Super-junction Insulated Gate Bipolar Transistor Optimization and Modeling”（作者：Marina Antoniou,Florin Udrea,Friedhelm Bauer;出处：IEEE Transactions on Electron Devices,2010年，第57卷，第594页～第600页）提出了利用电荷补偿原理，在P型基区下方引入直接延伸到N型缓冲层的P-pillar，使得在器件阻断状态下N-pillar和P-pillar完全耗尽。该文献的做法提高N型基区的掺杂浓度，降低静态损耗，同时提高器件击穿耐压。

文献[3]“Trench gate IGBT structure with floating P region,”（作者：Mengliang Qian,Zehong Li,Bo Zhang and Zhaoji Li;出处：Journal of Semiconductors，2012年，第31期，第024003-1页～第024003-3页）提出了沟槽底部引入一个P+空穴收集区，避免了空穴进入P型体区，起到了空穴旁路的作用，从而削弱了寄生晶闸管效应，器件的安全工作区得到增大，也获得了优越的高温特性。

但是文献[1]这种做法需要增加多个掩膜版，同时也增加了多道工艺程序，对栅槽进行化学机械抛光技术还不成熟，其中二次刻槽的精度要求高，难度大，还加大了开启电压。文献[2]由于需要精确的要精确的控制P-pillar和N-pillar的掺杂浓度和宽长比来实现电荷补偿，这对工艺要求高，且需要更多的热过程。此种结构工艺难度和成本高，且动态雪崩能力差。文献[3]实现P region的工艺需要多步离子注入，而且在提高击穿电压方面效果不好。

非穿通型绝缘栅双极晶体管（Trench-NPT-IGBT）器件结构，是在传统的Trench-NPT-IGBT器件中引入侧边多晶硅电极（Side-poly），可以提高该器件的击穿电压，降低其开启的阈值电压。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有侧边多晶硅电极沟槽非穿通型绝缘栅双极晶体管。

本发明设有金属化集电极、P型集电极区、N-型漂移区、二氧化硅侧边多晶硅氧化层、侧边多晶硅电极、金属化侧边多晶硅电极、P+体区、金属化发射极、N+型源区、P型基区、金属化栅极、多晶硅栅电极和二氧化硅栅氧化层；

所述金属化集电极位于P型集电极区的背面，N-型漂移区位于P型集电极区的正面；N+型源区和P+体区并排位于金属化发射极下方，N+型源区和P+体区与金属化发射极相连，其中，P+体区下方直接与N-型漂移区相连，N+型源区与N-型漂移区之间隔着P型基区；多晶硅栅电极设在器件顶部并位于金属化发射极的一侧，多晶硅栅电极侧面被二氧化硅栅氧化层所包围；二氧化硅栅氧化层的侧壁分别与N+型源区、P型基区和N-型漂移区接触，二氧化硅栅氧化层底部与N-型漂移区接触；侧边多晶硅电极设在器件顶部并位于金属化发射极的另一侧，侧边多晶硅电极侧边被二氧化硅侧边多晶硅氧化层所包围；二氧化硅侧边多晶硅氧化层的侧壁分别与P+体区、N-型漂移区接触，二氧化硅侧边多晶硅氧化层底部与N-型漂移区接触。