[发明专利]一种绝缘栅双极性晶体管结构及其制造方法

说明书

一种绝缘栅双极性晶体管结构及其制造方法，本发明涉及于功率半导体器件，针对现有技术IGBT器件中存在的问题，需要提供一种在不增加器件制造难度及成本的基础上降低其导通压降Von的器件结构设计方案。一种绝缘栅双极性晶体管结构，所述的晶体管结构包括有发射极电极、集电极和栅电极，所述的栅电极设于栅槽内，所述的栅槽延伸进入第三半导体漂移区内，所述的第三半导体漂移区内设有一个以上的伪槽，所述的伪槽外毗连设有第七半导体区，所述的第七半导体区的掺杂浓度高于所述的第三半导体漂移区的平均掺杂浓度。本发明的IGBT器件可以通过更低的制造难度及成本实现更低的导通能量损耗，提升器件产品在性能与成本两方面的双重竞争力。

技术领域

本发明涉及于功率半导体器件，特别是绝缘栅双极性晶体管的结构及其制造方法。

背景技术

绝缘栅双极性晶体管(下文中称为“IGBT”)是一种重要的功率半导体器件，目前被广泛应用于各种中高压功率电力电子系统领域，如工业电机驱动、电动汽车、家用电器、不间断电源及清洁能源等。在这些及其他的相关应用中，IGBT被要求实现尽可能低的正向导通能量损耗，以提高电力电子系统的能量转换效率。IGBT的正向导通损耗由其正向导通压降(Von)决定。因此，实现较低的Von始终是IGBT设计的一项重要要求。

以下将对IGBT现有的相关技术背景进行总结说明。

需指出的是，本文件中所述的对应位置词如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“垂直”、“水平”是对应于参考图示的相对位置。具体实施中并不限制固定方向。

如图1中所示为一个现有技术的IGBT器件100的截面结构示意图。IGBT器件100有三个电极：发射极电极(图中标为“E”极)(121)，集电极(图中标为“C”极)(122)，及栅电极(图中标为“G”极)(123)。其中栅电极(123)形成于一系列栅槽(110)中。在每个栅电极(123)及其对应的栅槽(110)之间，有一层栅介质(111)。在栅槽(110)附近有一个p型体区(102)，该p型体区(102)与栅槽(110)的一个侧壁毗连。此外，在器件100中，栅电极(123)，与相邻的栅介质层(111)，p型体区(102)，n⁺型发射极区(103)，p⁺型接触区(104)，及n^-型漂移区(101)，共同构成了一个金属-氧化物-半导体(下文中称为“MOS”)结构。另一方面，p型体区(102)，n^-型漂移区(101)，n型缓冲层(105)，及背面的p型集电极层(106)共同构成了一个PNP型双极性晶体管(下文中称为“BJT”)。当IGBT器件100工作在正向导通状态时，一个正向偏压被置于栅电极(123)上。当此电压超过栅电极(123)所对应的MOS结构的阈值电压时，来自n⁺型发射极区(103)的电子将通过MOS沟道的反型层注入n^-型漂移区(101)，并成为对应BJT结构的基区电流。此基区电流进一步引发背面的集电极层(106)向n^-型漂移区(101)注入空穴电流。因此，大量的电子及空穴载流子存在于n^-型漂移区(101)内，继而通过电导调制作用，大大降低该区的电阻率。但是，由于p型体区(102)与n^-型漂移区(101)之间的PN结处于弱反偏状态，靠近n^-型漂移区(101)上表面的空穴载流子将在电场的作用下向p型体区(102)漂移，降低该区域的空穴载流子浓度。一个较低的空穴载流子浓度导致一个较高的电阻值，进而导致一个较高的正向导通压降Von。一个较高的Von导致IGBT器件100在导通状态下产生较高的能量损耗。