[发明专利]一种沟槽栅电荷存储型IGBT及其制作方法

说明书

一种沟槽栅电荷存储型IGBT，属于半导体功率器件技术领域。本发明通过在传统CSTBT器件结构的基础上引入了与发射极金属等电位的屏蔽沟槽结构，并使其槽深大于电荷存储层，以此来屏蔽电荷存储层的电场，屏蔽沟槽结构的引入对电荷存储层起到了有效的电荷补偿作用，进而改善了电荷存储层的掺杂浓度和厚度对于器件耐压的限制，提高了器件的击穿电压；有利于改善器件正向导通压降Vceon与关断损耗Eoff之间的折中关系，获得更宽的短路安全工作区，同时有利于降低器件的饱和电流密度，进一步改善了器件短路安全工作区；另外，本发明显著降低了器件的栅极电容，尤其是栅极‑集电极电容，从而提高了器件的开关速度，降低了器件的开关损耗和对删驱动电路能力的要求。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，特别涉及一种沟槽栅电荷存储型绝缘栅双极型晶体管(CSTBT)。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为现代电力电子电路中的核心电子元器件之一，被广泛应用于交通、通信、家用电器及航空航天等各个领域。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种绝缘型场效应管(MOSFET)和双极结型晶体管(BJT)复合而成的新型电力电子器件，可等效为双极结型晶体管驱动的MOSFET。IGBT结合了MOSFET结构和双极结型晶体管的工作机理，既具有MOSFET易于驱动、输入阻抗低、开关速度快的优点，又具有BJT通态电流密度大、导通压降低、损耗小、稳定性好的优点。因而，IGBT的运用极大地改善了电力电子系统的性能。

自20世纪70年代末80年代初研发得到IGBT后，人们一直致力于改善IGBT的性能。经过三十几年的发展，为提升器件的性能，相继提出了七代IGBT器件结构。从具有对称阻断特性的非穿通(NPT)型IGBT结构到采用场阻止层以减薄漂移区厚度、改善器件导通特性的FS IGBT结构。此外，还有采用沟槽栅IGBT结构来消除原有平面栅IGBT结构的JFET区，以此降低器件的导通电阻并获得更高的MOS结构沟道密度，使得器件的特性获得显著提高。第七代IGBT结构——沟槽栅电荷存储型绝缘栅双极型晶体管(CSTBT)通过在P型基区下方引入具有较高掺杂浓度和一定厚度的N型电荷存储层，从而在P型基区下方引入空穴势垒，使得器件靠近发射极端的空穴浓度大大提升，而根据电中性要求此处电子浓度将大大增加，由此来改善整个N-漂移区的载流子浓度分布，增强N-漂移区的电导调制效应，使得IGBT获得了更低的正向导通压降以及更好的正向导通压降与关断损耗间的折中。随着N型电荷存储层掺杂浓度越高，CSTBT电导调制效应改善越大，器件的正向导通特性也就越好。然而，随着N型电荷存储层掺杂浓度的不断提高，同样会使得CSTBT器件击穿电压显著降低，这致使N型电荷存储层的掺杂浓度和厚度受到了限制。

IGBT的应用主要在中高压阶段，具有高的击穿电压才得以保证器件的可靠性，因此，要求CSTBT器件在提高导通特性的同时保持较高的击穿电压值。如图1所示为传统CSTBT器件结构，现有技术中为了有效屏蔽上文中N型电荷存储层的不利影响，进而获得更高的器件耐压，主要采用如下两种方式：

(1)、深的沟槽栅深度，通常情况下，沟槽栅的深度大于N型电荷存储层的结深；

(2)、小的元胞宽度，即使得MOS结构沟道密度大以获得尽可能小的沟槽栅间距。