绝缘栅双极型晶体管器件和电力电子设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种绝缘栅双极型晶体管器件和电力电子设备，以改善绝缘栅双极型晶体管器件的综合性能，提高其的适用性。绝缘栅双极型晶体管器件包括栅极结构，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。

Insulated gate bipolar transistor devices and power electronic devices

The utility model discloses an insulated gate bipolar transistor device and an electric power electronic device to improve the comprehensive performance of the insulated gate bipolar transistor device and improve its applicability. An insulated gate bipolar transistor device consists of a gate structure, which comprises a plurality of plane gate units and a plurality of grooved gate units, wherein the plurality of plane gate units is located at the same level, and the plurality of groove gate units are located on one side of the plurality of plane grid units and are located with the plurality of plane grid units. Each plane gate element is connected to at least two adjacent trench gate elements.

【技术实现步骤摘要】
绝缘栅双极型晶体管器件和电力电子设备
本技术涉及电力电子
，特别是涉及一种绝缘栅双极型晶体管器件和电力电子设备。
技术介绍
在电力电子领域，绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)是最具代表性的功率器件。IGBT是由双极结型晶体管(BipolarJunctionTransistor，BJT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，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。
技术实现思路
本技术实施例的目的是提供一种IGBT器件和电力电子设备，以改善IGBT器件的综合性能，提高IGBT器件的适用性。本技术实施例提供了一种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。本技术实施例提供的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，本技术实施例IGBT器件的性能得到综合改善，适用性更强。本技术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。附图说明图1为现有IGBT器件的平面栅结构俯视图；图2为现有IGBT器件的沟槽栅结构俯视图；图3为现有沟槽栅结构的电阻连接俯视图；图4为本技术实施例IGBT器件的栅极结构立体示意图；图5为本技术实施例IGBT器件的栅极结构俯视图；图6为本技术实施例IGBT器件的纵向截面示意图；图7为本技术实施例IGBT器件的一个元胞结构示意图；图8为本技术实施例IGBT器件的栅极结构的电阻连接俯视图；图9为图5的A-A处截面视图；图10为图5的B-B处截面视图；图11为图5的C-C处截面视图；图12为IGBT器件的等效电路示意图；图13为本实施例栅极结构与现有平面栅结构和沟槽栅结构的输入电容对比示意图；图14为本实施例栅极结构与现有平面栅结构和沟槽栅结构的饱和压降对比示意图；图15为本技术实施例IGBT器件的制作方法流程图；图16a～图16i为本技术实施例IGBT器件的制作方法过程示意图。附图标记：现有技术部分：011-平面栅单元；012-沟槽栅单元；013-发射极接触孔；072-栅极连接金属。本技术实施例部分：1-栅极结构；11-平面栅单元；12-沟槽栅单元；2-N型半导体衬底；3-P型阱；4-N型发射极；5-第一介质层；6-第二介质层；7-第一金属层；8-钝化保护层；9-N型场截止层；10-P型集电区；13-第二金属层；14-沟槽；15-P型接触区；16-第一接触孔；71-发射极金属；72-栅极连接金属；721-框形引线部；722-引出部；51-第一氧化薄膜；100-掩模氧化层；52-第二氧化薄膜。具体实施方式现有技术中，IGBT器件的栅极结构通常采用如图1所示的平面栅结构或如图2所示的沟槽栅结构，其中，平面栅结构包括多个平面栅单元011，沟槽栅结构包括多个沟槽栅单元012，发射极接触孔013位于相邻的平面栅单元011或沟槽栅单元012之间。平面栅结构的IGBT器件具有输入电容低，短路特性好，工艺技术简单等优点，但同时也具有导通压降大，器件元胞尺寸大及集成度低等缺陷；相对于平面栅结构的IGBT器件，沟槽栅结构的IGBT器件具有导通压降小，器件元胞尺寸小，集成度高等优点，但同时也具有输入电容大，短路特性差及工艺技术复杂等缺陷。因此，无论是采用平面栅结构，还是沟槽栅结构，都不能较好的平衡IGBT器件的参数特性。为改善IGBT器件的综合性能，提高IGBT器件的适用性，本技术实施例提供了一种IGBT器件及其制作方法、电力电子设备。为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本技术作进一步详细说明。如图4和图5所示，本技术实施例一提供的IGBT器件，包括栅极结构1，栅极结构1包括多个平面栅单元11和多个沟槽栅单元12，其中：前述多个平面栅单元11位于同一层面，前述多个沟槽栅单元12位于前述多个平面栅单元11的一侧，且与前述多个平面栅单元11所在的层面相交，每个平面栅单元11与至少两个相邻的沟槽栅单元12连接。请继续参照图4和图5所示，在本技术该实施例中，前述多个沟槽栅单元12与前述多个平面栅单元11所在的层面正交。前述多个沟槽栅单元12呈阵列排布，平面栅单元11将行相邻且列相邻的四个沟槽栅单元12连接。值得一提的是，在本技术的其它实施中，沟槽栅单元与多个平面栅单元所在的层面也可以呈小于90度的夹角；此外，平面栅单元与沟槽栅单元也可以采用其它排布连接方式，例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘栅双极型晶体管器件，包括栅极结构，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极型晶体管器件，包括栅极结构，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，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。3.如权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，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。4.如权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，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。5.如权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，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。6.如权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管器件具体包括：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：史波，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44