溝槽柵型igbt器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及IGBT器件結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種溝槽柵型IGBT器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)是近年來(lái)最令人矚目而且發(fā)展很快的一種新型電力 電子器件。IGBT器件具有柵極高輸入阻抗、開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)具有較寬的安全工作區(qū)等特性，因 此IGBT器件在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電焊機(jī)、電磁爐，UPS電源等方面有很廣泛的應(yīng)用。
[0003] 隨著IGBT器件的不斷發(fā)展，單位面積內(nèi)的電流密度提升要求也日趨緊迫，因此在 本領(lǐng)域的工程技術(shù)人員提出了溝槽型IGBT器件。與最初的平面柵IGBT器件相比，溝槽柵 IGBT器件單位面積上的電流密度大幅度提高，器件的面積也相應(yīng)的下降，但由于溝槽密度 增加，目前的溝槽型IGBT器件的輸入電容大幅度增加，導(dǎo)致了不容易驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題。另外，由 于常規(guī)的溝槽型IGBT器件電流比平面柵IGBT器件的電流增加很多，因此導(dǎo)致溝槽型IGBT 器件的魯棒性能也較差。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種溝槽柵型IGBT器件，能夠有效降低輸 入電容，還可以使得IGBT器件的魯棒性能可調(diào)。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種溝槽柵型IGBT器件，包括：
[0006]N型摻雜的漂移區(qū)，具有正面以及與該正面相對(duì)的背面，所述正面和背面平行于由 相互垂直的X方向和Y方向界定的XY平面；
[0007] P型摻雜的集電區(qū)，與所述漂移區(qū)的背面直接或間接地電接觸；
[0008] P型摻雜的基區(qū)，與所述漂移區(qū)的正面直接或間接地電接觸；
[0009] 第一溝槽柵結(jié)構(gòu)，由所述基區(qū)的表面沿Z方向縱向延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)，所述Z方 向垂直于所述XY平面；
[0010] N型摻雜的發(fā)射區(qū)，位于所述基區(qū)內(nèi)且位于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)的一側(cè)或兩側(cè)；
[0011] 第二溝槽柵結(jié)構(gòu)，由所述基區(qū)的表面沿Z方向縱向延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)，所述第 三溝槽柵結(jié)構(gòu)的一側(cè)或兩側(cè)具有N型摻雜的類發(fā)射區(qū)，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)以及類發(fā)射區(qū) 與所述發(fā)射區(qū)電性連接；
[0012] 第三溝槽柵結(jié)構(gòu)，由所述基區(qū)的表面沿Z方向縱向延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)，所述第 三溝槽柵結(jié)構(gòu)與所述發(fā)射區(qū)電性連接。
[0013] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與所述第三溝槽柵結(jié)構(gòu)在所 述XY平面內(nèi)的延伸方向相互平行。
[0014] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與所述第三溝槽柵結(jié)構(gòu)在所 述XY平面內(nèi)的延伸方向垂直于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向。
[0015] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述器件還包括：第四溝槽柵結(jié)構(gòu)，由所述基區(qū)的 表面沿Z方向縱向延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)，所述第四溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向 平行于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)和第三溝 槽柵結(jié)構(gòu)位于相鄰的兩個(gè)第四溝槽柵結(jié)構(gòu)之間且與所述相鄰的兩個(gè)第四溝槽柵連通。
[0016] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)與緊鄰的第四溝槽柵結(jié)構(gòu)之 間的距離記為W1，距離W1可調(diào)。
[0017] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，相鄰的兩個(gè)第二溝槽柵結(jié)構(gòu)之間具有一個(gè)或多個(gè) 第三溝槽柵結(jié)構(gòu)。
[0018] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，緊鄰的兩個(gè)第三溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離記為W2， 所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與緊鄰的第三溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離記為W3,距離W2與距離W3之間 的比例可調(diào)。
[0019] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述器件還包括：
[0020] 介質(zhì)層，覆蓋所述基區(qū)、發(fā)射區(qū)、第一溝槽柵結(jié)構(gòu)、第二溝槽柵結(jié)構(gòu)和第三溝槽柵 結(jié)構(gòu)的表面，所述介質(zhì)層中形成有接觸孔，所述接觸孔的底部露出所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)、類 發(fā)射區(qū)和發(fā)射區(qū)；
[0021] 發(fā)射極電極，填充在所述接觸孔內(nèi)，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)、類發(fā)射區(qū)和發(fā)射區(qū)經(jīng)由 所述發(fā)射極電極電性連接。
[0022] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述漂移區(qū)的背面具有N型摻雜的緩沖區(qū)，所述 集電區(qū)經(jīng)由所述緩沖區(qū)與所述漂移區(qū)的背面電接觸。
[0023] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述漂移區(qū)的正面具有N型摻雜的JFET摻雜區(qū)， 所述基區(qū)形成在所述JFET摻雜區(qū)內(nèi)并經(jīng)由所述JFET摻雜區(qū)與所述漂移區(qū)的正面電接觸。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0025] 本實(shí)用新型實(shí)施例的溝槽柵型IGBT器件相比于傳統(tǒng)的溝槽型IGBT器件，增加了 第二溝槽柵結(jié)構(gòu)、第三溝槽柵結(jié)構(gòu)以及類發(fā)射區(qū)，類發(fā)射區(qū)位于第二溝槽柵結(jié)構(gòu)的一側(cè)或 兩側(cè)，第二溝槽柵結(jié)構(gòu)、第三溝槽柵結(jié)構(gòu)以及類發(fā)射區(qū)與第一溝槽柵結(jié)構(gòu)電性連接，從而減 少了有效元胞的面積，減少了與外部柵極驅(qū)動(dòng)相連的柵極數(shù)量，從而有效地降低了輸入電 容。
[0026] 進(jìn)一步地，相鄰的第三溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域形成了電壓浮置的待用偽元胞結(jié) 構(gòu)，該電壓浮置的待用偽元胞結(jié)構(gòu)在IGBT器件導(dǎo)通時(shí)提供載流子注入增強(qiáng)效應(yīng)，該載流子 增強(qiáng)效應(yīng)可以提高溝槽柵型IGBT器件的元胞底部附近的載流子濃度，從而改善器件的導(dǎo) 通損耗。
[0027] 另外，第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與相鄰的第三溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域形成了與發(fā)射極電性 連接的待用偽元胞結(jié)構(gòu)，該與發(fā)射極電性連接的待用偽元胞結(jié)構(gòu)使得IGBT器件的發(fā)射極 與集電極之間的電容Cce增大，能夠有效地改善溝槽柵型IGBT器件在短路狀態(tài)下的穩(wěn)定 性，有利于增強(qiáng)器件的魯棒性。
[0028] 此外，本實(shí)用新型實(shí)施例的IGBT器件中，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓浮置的待用偽元胞結(jié)構(gòu)以 及發(fā)射極電性連接的待用偽元胞結(jié)構(gòu)的寬度以及兩種待用偽元胞結(jié)構(gòu)之間的數(shù)量比例，可 以在魯棒性和導(dǎo)通損耗之間進(jìn)行調(diào)節(jié)和折中，從而適用于各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景。而且，通過(guò) 調(diào)節(jié)第一溝槽柵結(jié)構(gòu)與第四溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的間距，可以改善IGBT器件的導(dǎo)通損耗以及 降低芯片面積，節(jié)約成本。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的溝槽柵型IGBT器件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的溝槽柵型IGBT器件的俯視示意圖；
[0031] 圖3是圖2所示溝槽柵型IGBT器件沿A-A'方向的剖面示意圖；
[0032] 圖4是圖2所示溝槽柵型IGBT器件沿B-B'方向的剖面示意圖；
[0033] 圖5是圖2所示溝槽柵型IGBT器件沿C-C'方向的剖面示意圖；
[0034] 圖6是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的溝槽柵型IGBT器件導(dǎo)通時(shí)的電流波形與傳統(tǒng)的 溝槽柵型IGBT器件導(dǎo)通時(shí)的電流波形的對(duì)比圖；
[0035] 圖7是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的溝槽柵型IGBT器件在發(fā)生短路時(shí)的電流電壓波 形圖；
[0036] 圖8是傳統(tǒng)的溝槽柵型IGBT器件在發(fā)生短路時(shí)的電流電壓波形圖；
[0037] 圖9是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的IGBT器件的制造方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍。
[0039] 參考圖1至圖5,本實(shí)施例的溝槽柵型IGBT器件主要包括：漂移區(qū)100、緩沖區(qū) 108、集電區(qū)109、集電極1KKJFET摻雜區(qū)101、基區(qū)105、發(fā)射區(qū)106、類發(fā)射區(qū)106'、第一溝 槽柵結(jié)構(gòu)TG1、第二溝槽柵結(jié)構(gòu)TG2、第三溝槽柵結(jié)構(gòu)TG3、第四溝槽柵結(jié)構(gòu)TG4、介質(zhì)層111 以及發(fā)射極電極112。
[0040] 進(jìn)一步而言，漂移區(qū)100的摻雜類型為N型。該漂移區(qū)100具有相對(duì)的正面和背 面，該正面和背面平行于XY平面。
[0041] 緩沖區(qū)108位于漂移區(qū)100的背面，緩沖區(qū)108的摻雜類型為N型。優(yōu)選地，緩沖 區(qū)108的摻雜濃度高于漂移區(qū)100的摻雜濃度。
[0042] 集電區(qū)109位于緩沖區(qū)108的背面，集電區(qū)109的摻雜類型為P型。集電區(qū)109 可以經(jīng)由緩沖區(qū)108間接地與漂移區(qū)100的背面電接觸。需要說(shuō)明的是，緩沖區(qū)108是可 選地。在另一實(shí)施例中，集電區(qū)109也可以直接與漂移區(qū)100的背面電接觸。
[0043] 集電極110位于集電區(qū)109的背面，集電區(qū)110與集電區(qū)109電接觸。集電極110 可以采用各種適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料，例如鋁。
[0044] JFET摻雜區(qū)101位于漂移區(qū)100的正面，JFET摻雜區(qū)101的摻雜類型為N型。
[0045] 基區(qū)105位于JFET摻雜區(qū)101的正面，基區(qū)的摻雜濃度為P型?；鶇^(qū)105可以經(jīng) 由JFET摻雜區(qū)101與漂移區(qū)100的正面電接觸。需要說(shuō)明的是，JFET摻雜區(qū)區(qū)101是可 選的，在另一實(shí)施例中，基區(qū)105也可以直接與漂移區(qū)100的正面電接觸。