沟槽型IGBT器件结构制造技术

本发明专利技术涉及一种沟槽栅型IGBT半导体器件，包括：第一导电类型的衬底；第二导电类型的漂移区，形成于所述第一导电类型的衬底内；沟槽栅极，位于所述第二导电类型的漂移区内；沟槽发射极，位于所述第二导电类型的漂移区内，且位于所述沟槽栅极一侧，与所述沟槽栅极具有间隙；绝缘隔离结构，位于所述沟槽栅极与所述沟槽发射极之间。由于采用了沟槽栅极和沟槽发射极，将沟道从横向变为纵向，减小了沟槽型IGBT器件结构沟道电阻；采用沟槽栅结构，可以缩小元胞尺寸，大大提高元胞密度，每个芯片的沟道总宽度增加，减小了沟道电阻；绝缘隔离结构有效地减小了沟槽栅极与沟槽发射极之间的无效沟槽，可以提高响应速度，增大安全工作区。

Structure of grooved IGBT device

【技术实现步骤摘要】
沟槽型IGBT器件结构
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种沟槽型IGBT器件结构。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)具有通态压降低、电流容量大、输入阻抗高、响应速度快和控制简单的特点，被广泛应用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。目前，IGBT朝着高功率密度、高开关速度与低功耗的方向发展，由于提高IGBT的导通压降会增强其导通时的电导调制效应，会导致IGBT在关断时大量的载流子花费更长的时间去完成复合，从而会增加IGBT的关断损耗。为了进一步提高IGBT的功率密度、工作结温及工作的可靠性，需要继续优化降低IGBT的导通压降与关断损耗的折中关系，实现更低的功耗。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能够提高导通损耗和导通压降之间的平衡并且能够减少无效沟槽，提高响应速度，增大安全工作区的沟槽型IGBT器件结构。为实现上述目的，本专利技术提供一种沟槽栅型IGBT半导体器件，包括：第一导电类型的衬底；第二导电类型的漂移区，形成于所述第一导电类型的衬底内；沟槽栅极，位于所述第二导电类型的漂移区内；沟槽发射极，位于所述第二导电类型的漂移区内，且位于所述沟槽栅极一侧，与所述沟槽栅极具有间隙；绝缘隔离结构，位于所述沟槽栅极与所述沟槽发射极之间。于上述实施例中，由于采用了沟槽栅极和沟槽发射极，将沟道从横向变为纵向，减小了沟槽型IGBT器件结构沟道电阻；采用沟槽栅结构，可以缩小元胞尺寸，大大提高元胞密度，每个芯片的沟道总宽度增加，减小了沟道电阻。另一方面，沟槽栅极中的多晶硅栅的面积增大，减少了分布电阻，有利于提高开关速度。可以设置绝缘隔离结构从第二导电类型的漂移区表面贯穿第二导电类型的漂移区并延伸至第一导电类型的衬底内，使得沟槽栅型IGBT半导体器件结构表面和第一导电类型的衬底存在等势作用，绝缘隔离结构底部的电势被表面限制，从而提高了器件的稳定性。绝缘隔离结构有效地减小了沟槽栅极与沟槽发射极之间的无效沟槽，可以提高响应速度，增大安全工作区。在其中一个实施例中，所述绝缘隔离结构的上表面高于所述沟槽栅极的上表面及所述沟槽发射极的上表面；所述绝缘隔离结构的下表面低于所述沟槽栅极的下表面及所述沟槽发射极的下表面。在其中一个实施例中，所述绝缘隔离结构包括氧化物填充结构，通过在所述绝缘隔离结构中设置氧化物填充结构，可以使得绝缘隔离结构形成电容器，有效地减小了沟槽栅极与沟槽发射极之间的无效沟槽，减小了沟槽型IGBT器件结构沟道电阻，可以提高响应速度，增大安全工作区。在其中一个实施例中，所述沟槽栅极包括：栅极，位于所述第二导电类型的漂移区内；栅氧化层，位于所述栅极与所述第二导电类型的漂移区之间。于上述实施例中的沟槽栅型IGBT半导体器件结构中，由于采用了沟槽栅极，将沟道从横向变为纵向，减小了沟槽型IGBT器件结构沟道电阻；采用沟槽栅极结构，可以缩小元胞尺寸，大大提高元胞密度，每个芯片的沟道总宽度增加，减小了沟道电阻。另一方面，沟槽栅极中的多晶硅栅的面积增大，减少了分布电阻，有利于提高开关速度。在其中一个实施例中，所述沟槽发射极包括：发射极，位于所述第二导电类型的漂移区内；发射极氧化层，位于所述发射极与所述第二导电类型的漂移区之间。于上述实施例中的沟槽栅型IGBT半导体器件结构中，由于采用了沟槽发射极，将沟道从横向变为纵向，减小了沟槽型IGBT器件结构沟道电阻；采用沟槽发射极结构，可以缩小元胞尺寸，大大提高元胞密度，每个芯片的沟道总宽度增加，减小了沟道电阻。在其中一个实施例中，所述沟槽型IGBT器件结构包括若干个沿所述第一导电类型的衬底表面间隔排布的器件单元，各所述器件单元均包括：第二导电类型的载流子埋层，位于所述第二导电类型的漂移区上；第一导电类型的基区，位于所述第二导电类型的载流子埋层上；第二导电类型的源区，位于所述第一导电类型的基区内；两个所述沟槽栅极，两个所述沟槽栅极分别位于所述第一导电类型的基区相对的两侧；两个所述沟槽发射极，两个所述沟槽发射极分别位于所述第一导电类型的基区相对的两侧，且位于所述沟槽栅极远离所述第一导电类型的基区一侧；两个所述绝缘隔离结构，分别位于所述第一导电类型的基区相对的两侧。于上述实施例中的沟槽栅型IGBT半导体器件结构中，可以通过设置器件单元的数量来设置沟槽栅型IGBT半导体器件结构中元胞的数量，可以增加沟槽栅型IGBT半导体器件结构的应用场景及适用范围。在其中一个实施例中，所述沟槽型IGBT器件结构还包括空穴沟道层，位于相邻的两个所述器件单元之间，便于经由所述空穴沟道设置相邻的两个沟槽发射极的连接关系。将器件单元的发射极进行选择性(不是全部地)地引出并进行并联，这样在没有引出的发射极下方就形成了一个空穴积累区，相应地，电子的注入被增强。在其中一个实施例中，所述沟槽型IGBT器件结构还包括：缓冲层，位于所述第一导电类型的衬底远离所述第二导电类型的漂移区的表面。在其中一个实施例中，所述沟槽型IGBT器件结构还包括：集电极，位于所述缓冲层远离所述第二导电类型的漂移区的表面。在其中一个实施例中，所述沟槽型IGBT器件结构还包括：栅极引出电极，位于所述沟槽栅极远离所述第一导电类型的衬底的表面；集电极引出电极，位于所述集电极远离所述第一导电类型的衬底的表面；发射极引出电极，与所述沟槽发射极电连接。于上述实施例中，通过设置栅极引出电极，便于经由栅极引出电极向栅极施加驱动电压；通过设置集电极引出电极，便于经由集电极引出电极输出或输出电流；通过设置发射极引出电极，便于经由发射极引出电极输出或输出电流。附图说明为了更好地描述和说明这里公开的那些专利技术的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的专利技术、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些专利技术的最佳模式中的任何一者的范围的限制。图1显示为第一实施例中提供的沟槽栅型IGBT半导体器件结构的剖面结构示意图；图2显示为第二实施例中提供的沟槽栅型IGBT半导体器件结构的剖面结构示意图；图3显示为第三实施例中提供的沟槽栅型IGBT半导体器件结构的剖面结构示意图；图4显示为第四实施例中提供的沟槽栅型IGBT半导体器件结构的剖面结构示意图；图5显示为第五实施例中提供的沟槽栅型IGBT半导体器件结构的剖面结构示意图；图6显示为第六实施例中提供的沟槽栅型IGBT半导体器件结构的剖面结构示意图；附图标记说明：10-第一导电类型的衬底，20-第二导电类型的漂移区，30-沟槽栅极，40-沟槽发射极，50-绝缘隔离结构，21-第二导电类型的载流子埋层，22-第一导电类型的基区，23-第二导电类型的源区；31-栅极导电层，3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沟槽型IGBT器件结构，其特征在于，包括：/n第一导电类型的衬底；/n第二导电类型的漂移区，形成于所述第一导电类型的衬底内；/n沟槽栅极，位于所述第二导电类型的漂移区内；/n沟槽发射极，位于所述第二导电类型的漂移区内，且位于所述沟槽栅极一侧，与所述沟槽栅极具有间隙；/n绝缘隔离结构，位于所述沟槽栅极与所述沟槽发射极之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种沟槽型IGBT器件结构，其特征在于，包括：
第一导电类型的衬底；
第二导电类型的漂移区，形成于所述第一导电类型的衬底内；
沟槽栅极，位于所述第二导电类型的漂移区内；
沟槽发射极，位于所述第二导电类型的漂移区内，且位于所述沟槽栅极一侧，与所述沟槽栅极具有间隙；
绝缘隔离结构，位于所述沟槽栅极与所述沟槽发射极之间。


2.根据权利要求1所述的沟槽型IGBT器件结构，其特征在于，所述绝缘隔离结构的上表面高于所述沟槽栅极的上表面及所述沟槽发射极的上表面；所述绝缘隔离结构的下表面低于所述沟槽栅极的下表面及所述沟槽发射极的下表面。


3.根据权利要求2所述的沟槽型IGBT器件结构，其特征在于，所述绝缘隔离结构包括氧化物填充结构。


4.根据权利要求1所述的沟槽型IGBT器件结构，其特征在于，所述沟槽栅极包括：
栅极，位于所述第二导电类型的漂移区内；
栅氧化层，位于所述栅极与所述第二导电类型的漂移区之间。


5.根据权利要求1所述的沟槽型IGBT器件结构，其特征在于，所述沟槽发射极包括：
发射极，位于所述第二导电类型的漂移区内；
发射极氧化层，位于所述发射极与所述第二导电类型的漂移区之间。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的沟槽型IGBT器件结构，其特征在于，包括若干个沿所述第一导电类型的衬底表面间隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓阳，王亚哲，朱贤龙，
申请(专利权)人：广东芯聚能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44