[发明专利]一种场截止型沟槽栅IGBT器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别涉及一种场截止型沟槽栅IGBT器件。

背景技术

高压功率器件是电力电子技术的基础与核心，其具有耐高压、导通电流密度大的特点。提高功率器件的耐压能力，降低功率器件导通时的饱和压降是器件设计的关键。IGBT器件(绝缘栅双极型晶体管器件)作为一类重要的功率半导体器件，在电力电子领域应用广泛。但是，IGBT器件由于P-body区与N-漂移区交界处空穴注入效率较低，载流子浓度分布很低，导致器件的饱和压降升高。因此，为了提高此区域的空穴注入效率，优化漂移区载流子分布，国际上采用了一种在P-body区下方引入载流子存储层的方法来提高此处的载流子浓度，使得器件的饱和压降有明显降低，即CS-IGBT。

对于CS-IGBT而言，载流子存储区的掺杂浓度应尽量高些为优。但是，如果载流子存储区的掺杂浓度过高，器件在耐压过程中载流子存储区将无法耗尽，使得器件的耐压大大降低，故载流子存储区的掺杂浓度受限，这也限制了载流子存储区对器件漂移区载流子浓度的优化。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种场截止型沟槽栅IGBT器件。

本发明的技术方案：一种场截止型沟槽栅IGBT器件，包括从下至上依次层叠设置的金属阳极11、P+集电区1、N型场截止层2、N-漂移区3、N型载流子存储区4、P型体区5和P+接触区6；所述P+接触区6中具有N+发射区7，所述N+发射区7上表面具有金属阴极12；还包括沟槽栅结构，所述沟槽栅结构垂直贯穿N+发射区7、P型体区5、N型载流子存储区4后延伸入N-漂移区3中；其特征在于，所述沟槽栅结构位于N+发射区7和P型体区5中的部位由栅氧化层8和多晶硅9构成，所述栅氧化层8的侧面与N+发射区7和P型体区5接触，多晶硅9位于两侧的栅氧化层8之间，栅氧化层8和多晶硅9的上表面与金属阴极12接触；所述沟槽栅结构位于N型载流子存储区4和N-漂移区3中的部分由介质层10构成。

进一步的，所述介质层10位于N型载流子存储区4中部分的介电常数大于位于N-漂移区3中部分的介电常数。

进一步的，所述介质层10的介电常数从靠近N-漂移区3一端到靠近多晶硅9的一端逐渐增加。

进一步的，所述介质层10的介电常数大于50。

本发明的有益效果为，与常规的沟槽栅CS-IGBT器件相比，本发明在保持耐压不变的情况下，提高了载流子存储区的掺杂浓度，使得器件导通时饱和压降减小了近20％。同时，该结构中只需将沟槽栅的下半区域沉积为高K介质层，上半区域保持不变，不需要任何复杂的工艺，与现有的沟槽栅工艺兼容，降低了器件的制作难度和成本。

附图说明

图1是常规沟槽栅IGBT器件结构示意图；

图2是常规沟槽栅CS-IGBT器件结构示意图；

图3是本发明实施例的沟槽栅部分高K介质层CS-IGBT器件结构示意图；

图4是常规沟槽栅极场截止载流子存储IGBT器件结构与本发明实施例的沟槽栅部分高K介质层CS-IGBT器件结构在器件导通时饱和压降I-V曲线比较图；

图5是常规沟槽栅极场截止载流子存储IGBT器件结构与沟槽栅部分高K介质层CS-IGBT器件结构在器件导通时纵向空穴浓度分布比较图；

图6是沟槽栅部分高K介质层CS-IGBT器件结构在沟槽栅底部采用低K介质层的结构示意图；

图7是是沟槽栅部分高K介质层CS-IGBT器件结构在沟槽栅由底端向顶端K值逐渐上升的变K介质层的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述

图1是常规沟槽栅IGBT器件结构示意图。图2为常规沟槽栅极场截止载流子存储IGBT器件结构，其结构特点是在P-body区与N-漂移区之间加入N载流子存储层，其优点是沟槽栅极结构简单，饱和压降较低，缺点是其耐压受载流子存储区掺杂浓度的影响，载流子存储区掺杂浓度不能过高，从而影响载流子存储区对载流子浓度的优化。

实施例