[发明专利]绝缘栅双极型晶体管器件及其制作方法、电力电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种绝缘栅双极型晶体管器件及其制作方法、电力电子设备。

背景技术

在电力电子领域，绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是最具代表性的功率器件。IGBT是由双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOS)组成的复合全控型电压驱动式半导体功率器件，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

目前，如何改善IGBT器件的综合性能，提高IGBT器件的适用性，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种IGBT器件及其制作方法、电力电子设备，以改善IGBT器件的综合性能，提高IGBT器件的适用性。

本发明实施例提供了一种IGBT器件，包括栅极结构，所述栅极结构包括多个平面栅单元和多个沟槽栅单元，其中：所述多个平面栅单元位于同一层面，所述多个沟槽栅单元位于所述多个平面栅单元的一侧，且与所述多个平面栅单元所在的层面相交，每个所述平面栅单元与至少两个相邻的所述沟槽栅单元连接。

可选的，所述多个沟槽栅单元与所述多个平面栅单元所在的层面正交。

可选的，所述多个沟槽栅单元呈阵列排布，所述平面栅单元将行相邻且列相邻的四个所述沟槽栅单元连接。

可选的，所述平面栅单元为多晶硅平面栅单元，所述沟槽栅单元为多晶硅沟槽栅单元。

可选的，所述平面栅单元与所述沟槽栅单元的重叠宽度为0.8～1.2μm。

可选的，所述IGBT器件具体包括：N型半导体衬底，在所述N型半导体衬底的一侧且沿远离所述N型半导体衬底的方向依次设置的P型阱、N型发射极、第一介质层、所述栅极结构、第二介质层、第一金属层和钝化保护层，以及在所述N型半导体衬底的另一侧且沿远离所述N型半导体衬底的方向依次设置的N型场截止层、P型集电区和第二金属层；其中：

所述N型半导体衬底、所述P型阱和所述N型发射极的整体结构具有开口背向所述N型场截止层的沟槽，所述沟槽栅单元位于所述沟槽内；

所述P型阱远离所述N型半导体衬底的一侧具有P型接触区，所述第二介质层、所述第一介质层和所述N型发射极的整体结构具有通向所述P型接触区的第一接触孔；所述第二介质层具有通向所述栅极结构的第二接触孔；

所述第一金属层包括通过所述第一接触孔与所述P型接触区连接的发射极金属，以及通过所述第二接触孔与所述栅极结构连接的栅极连接金属。

可选的，所述沟槽的深度为4～6μm。

可选的，所述第一接触孔位于沿行向相邻的两个所述平面栅单元之间且位于沿列向相邻的两个所述平面栅单元之间。

可选的，所述栅极连接金属包括框形引线部以及与所述框形引线部连接的引出部，其中，所述框形引线部围绕所述栅极结构设置并通过所述第二接触孔与所述栅极结构连接。

本发明实施例提供的IGBT器件，其栅极结构为平面栅单元和沟槽栅单元的复合结构，采用该设计，可以有效降低栅极电阻；相对沟槽栅结构的IGBT器件，栅极输入电容更小，从而改善了器件的开关频率；相对沟槽栅结构的IGBT器件，由于饱和压降增大，因此降低了短路电流，改善了短路特性；同时相对平面栅结构的IGBT器件，又平衡了饱和压降和短路特性的参数，并且芯片的面积也减小。平面栅单元、沟槽栅单元的具体尺寸可以根据器件的参数要求灵活进行调整。因此，相比现有技术，本发明实施例IGBT器件的性能得到综合改善，适用性更强。

本发明实施例还提供一种电力电子设备，包括前述任一技术方案所述的IGBT器件。由于IGBT器件具有上述有益效果，因此，电力电子设备的电气性能也较佳。

本发明实施例还提供一种IGBT器件的制作方法，包括以下步骤：

形成栅极结构，所述栅极结构包括多个平面栅单元和多个沟槽栅单元，其中：所述多个平面栅单元位于同一层面，所述多个沟槽栅单元位于所述多个平面栅单元的一侧，且与所述多个平面栅单元所在的层面相交，每个所述平面栅单元与至少两个相邻的所述沟槽栅单元连接。

可选的，所述形成栅极结构，具体包括：

在N型半导体衬底的一侧表面依次形成第一氧化薄膜和掩模氧化层；