[发明专利]一种沟槽栅电荷储存型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法

摘要

一种沟槽栅电荷储存型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法，属于半导体功率器件领域。本发明通过在传统CSTBT器件结构的N型漂移区中引入沟槽发射极结构，并在沟槽发射极结构下方和表面依次引入P型层和串联二极管结构，同时还具有沿垂直方向部分穿入N型电荷存储层中的沟槽栅结构，通过上述改进本发明解决了传统CSTBT器件中通过提高N型电荷存储层掺杂浓度造成器件正向导通性能与耐压性能之间存在矛盾关系的问题；减小了器件的饱和电流密度，改善了器件的短路安全工作区；提高了器件的开关速度，降低了开关损耗；提高了器件的击穿电压，改善了可靠性；优化了正向导通压降与关断损耗之间的折中；同时，本发明器件的制造方法与现有CSTBT器件的制造工艺兼容。

主权项

一种沟槽栅电荷储存型绝缘栅双极型晶体管，包括：P型集电区(14)、位于P型集电区(14)背面的集电极金属(15)、位于P型集电区(14)正面的N型电场阻止层(13)和位于N型电场阻止层(13)上方的N型漂移区(12)；其特征在于：N型漂移区(12)中具有P+发射区(4)、N+发射区(5)、P型基区(6)、N型电荷存储层(7)、沟槽栅结构、沟槽发射极结构、P型体区(10)和P型层(11)；N型漂移区(12)中间位置具有沿垂直方向部分穿入的沟槽发射极结构，所述沟槽发射极结构包括发射极电极(91)及设于其侧壁的发射极介质层；所述沟槽发射极结构一侧的N型漂移区(12)顶层中具有与之相连的P+发射区(4)和N+发射区(5)，所述P+发射区(4)和N+发射区(5)相互接触且并排设置，在P+发射区(4)部分上表面和N+发射区(5)的上表面具有发射极金属(1)，在P+发射区(4)部分上表面和沟槽发射极结构部分上表面还具有与发射极金属(1)相连接的串联二极管结构；在P+发射区(4)和N+发射区(5)的下表面具有与之相连的P型基区(6)；P型基区(6)和N型漂移区(12)之间具有N型电荷存储层(7)，还包括沿垂直方向部分穿入所述N型电荷存储层(7)中的沟槽栅结构，沟槽栅结构上表面与发射极金属(1)之间通过第一介质层(31)相隔离，所述沟槽栅结构包括：栅电极(81)、第一栅介质层(82)和第二栅介质层(83)；所述栅电极(81)通过第一栅介质层(82)与底部N型电荷存储层相连(7)，所述栅电极(81)通过第二栅介质层(83)与N+发射区(5)、P型基区(6)和侧边N型电荷存储层相连(7)；所述沟槽栅结构的深度大于P型基区(6)的结深且小于N型电荷存储层(7)的结深；所述沟槽发射极结构另一侧的N型漂移区(12)中具有与之相连的P型体区(10)，所述P型体区(10)上方具有与之相连的第三介质层(33)，并且所述第三介质层(33)与所述串联二极管结构相连；所述沟槽发射极结构下方的N型漂移区(12)中还具有与发射极电极(91)相接触的P型层(11)，所述P型层11向一侧横向延伸至N型电荷存储层7下方的N型漂移区12中。