[发明专利]具有不连续沟槽的沟槽双极型晶体管

说明书

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，尤其涉及沟槽双极型晶体管(Trench IGBT)。

背景技术

电能转换是现代化工业生产的基础和实施节能减排的主要途径，因此市场对电能转换系统的需求很大而且将持续增加。电能转换的传统器件是BJT和GTO等芯片，这些芯片的优点是功率大，但是速度慢、能耗大、控制复杂、安全工作区受限，不符合信息化和节能减排的发展潮流。20世纪80年代发明的IGBT结合了大功率和易控制的优点，而且无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击，它的并联和串联也很容易，因此IGBT成为划时代的发明。

自问世以来，IGBT技术不断推陈出新，经历了PT(穿通)结构，NPT(非穿通)结构和FS(场终止)结构等几次升级换代，芯片性能大大提高。栅结构也从Planar(平面型)升级到了Trench(沟槽型)结构。

本世纪初，英飞凌公司推出了第一款Trench-FS IGBT，其结构如图1和图2所示(为了避免图形重叠，图1中没有画出多晶硅栅和N+发射区等区域，这些区域可以在纵向剖面结构图中看到)。其主要特征为，用Trench栅结构把P型基区完全包围，把P型基区和侧面的N-漂移区隔开，提高了器件正面的载流子浓度，降低了器件的正向饱和压降。

发明内容

本发明的目的是降低沟槽顶部的电场强度，获得更好的耐压可靠性，为此，本发明提供一种具有不连续沟槽的沟槽双极型晶体管，在传统的Trench-FS IGBT结构的基础上，把连续的沟槽打断，使沟槽具有周期性的小缺口。在制作IGBT的过程中，具体的说是在P型基区扩散工序时，P型基区可以穿越这些缺口，从而降低沟槽顶部的电场强度，获得更好的耐压可靠性。

本发明的技术方案如下：

具有不连续沟槽的沟槽双极型晶体管，包括背面的金属集电极、P型集电极、N型场终止层和N-漂移区，晶体管顶部具有沟槽栅结构，沟槽栅结构由相互接触的多晶硅栅电极和栅氧化层组成，多晶硅栅电极和栅氧化层从沟槽中延伸出来，覆盖住顶部一侧的N-漂移区，在N-漂移区的另一侧顶部，还包括P型基区，P型基区中具有N+反射区和P+接触区，金属发射极同时接触N+反射区和P+接触区。所述沟槽是不连续的，即在沿沟槽的延伸方向上，沟槽具有若干缺口，使P型基区扩散工序时，P型基区可以穿越所述缺口。

作为本发明的进一步改进，所述沟槽的若干缺口为周期性缺口。

作为本发明的进一步改进，所述的沟槽缺口的宽度和间隔距离根据设计要求确定。

作为本发明的进一步改进，所述的沟槽栅结构所包围的区域形状是条形、圆形、方形或者多边形。

本发明的有益效果是：

本发明在传统的Trench-FS IGBT基础上，沟槽(trench)打开了周期性的缺口，P型基区可以穿越这些缺口，有效的屏蔽器件的高电场区域，提高了器件的耐压可靠性。同时由于trench的缺口比较小，穿越缺口的P型基区具有比较小的面积，因此对器件的正向饱和压降基本毫无影响。

附图说明

图1是现有技术中的Trench-FS IGBT版图；

图2是图1中对应的A-A’单元连线的纵向剖面结构；

图3是本发明具有不连续沟槽的沟槽双极型晶体管的版图；

图4是图3中对应的A-A’单元连线的纵向剖面结构；

图5是图3中对应的B-B’单元连线的纵向剖面结构；

图6是图3中对应的C-C’单元连线的纵向剖面结构。

图中：1、金属发射极；2、N+反射区；3、多晶硅栅电极；4、P+接触区；5、P型基区；6、栅氧化层；7、N-漂移区；8、N型场终止层；9、P型集电极；10、金属集电极；11、沟槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，为了避免图形重叠，图1和图3中没有画出多晶硅栅和N+发射区等区域，这些区域可以在纵向剖面结构图中看到。