[发明专利]三维沟槽栅电荷存储型IGBT及其制作方法

说明书

本发明涉及一种三维沟槽栅电荷存储型IGBT及其制作方法，本发明在传统沟槽栅电荷存储型IGBT的基础上引入P型埋层和与发射极金属等电位的分离栅电极，通过电荷补偿消除N型电荷存储层对器件击穿特性的不利影响，有利于改善了正向导通压降Vceon和关断损耗Eoff之间的折中关系。沟道密度的减小以及NMOS沟道的提前饱和，减小器件的饱和电流密度，提高器件的短路安全工作区(SCSOA)。同时PMOS的钳位可以有效的减小栅电容和栅电荷，从而提高了器件开关速度，降低了器件的开关损耗和对栅驱动电路能力的要求。由于PMOS和NMOS沟道的距离被缩短，有利于提高PMOS的钳位效果以及芯片内部的电流均匀性，获得更宽的反偏安全工作区(RBSOA)。

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)，具体涉及一种三维沟槽栅电荷存储型IGBT及其制作方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为新一代的电力电子器件结合了场效应晶体管(MOSFET)和双极结晶型晶体管(BJT)的优点，具有MOSFET易于驱动、输入阻抗低、开关速度快的优点，同时又具有BJT通态电流密度大、导通压降低、损耗小、稳定性好的优点。因此如今被广泛应用于交通、通信、家用电器及航空航天各个领域，成为现代电力电子电路中的核心电子元器件之一。IGBT的运用极大地改善了电力电子系统的性能。

从20世纪70年代末80年代初IGBT被发明以来，如何降低IGBT的开关损耗，改善器件的导通压降和关断损耗的折中关系一直是人们研究的重点。经过三十几年的发展，相继提出了包括沟槽栅电荷存储型IGBT在内的数代IGBT器件结构来不断提升器件的性能。其中沟槽栅电荷存储型IGBT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型电荷存储层来在P型基区下方引入空穴势垒，使得表面载流子浓度增强，改善了器件漂移区载流子分布，降低了器件的导通压降，优化了器件的导通压降与开关损耗之间的折中关系。然而，电荷存储层会使器件的击穿电压发生退化。对于沟槽型IGBT来说，随着半导体器件的特征尺寸越来越小，为了提高芯片的集成度和电流处理能力，沟槽之间的间距不断的减小，然而随着沟道密度的增大，栅极电容尤其是米勒电容会明显增加，降低了器件的开关速度，增大了器件的开关损耗。另外大的沟道密度也会导致饱和电流增大使得IGBT的短路安全工作能力变差。

发明内容