一种沟槽绝缘栅双极型晶体管的元胞结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种沟槽绝缘栅双极型晶体管的元胞结构，包括元胞结构本体，所述元胞结构本体主要包括N型漂移区及设置在N型漂移区底部的P+区，所述N型漂移区的上表面依次设置有N型电荷贮存层和P型沟道区，P型沟道区上形成有发射极；所述元胞结构本体上形成有若干多晶硅沟槽，多晶硅沟槽内设置有多晶硅和氧化层；所述多晶硅沟槽包括至少两个设置在元胞结构本体内的真栅多晶硅沟槽和设置在真栅多晶硅沟槽之间的若干发射极多晶硅沟槽，所述真栅多晶硅沟槽是由对应位置的多晶硅沟槽延伸至栅极金属环并通过第一接触孔与栅极金属层连接形成，所述发射极多晶硅沟槽是由保留在发射极区域内的多晶硅沟槽通过第二接触孔与发射极金属层连接形成。射极金属层连接形成。射极金属层连接形成。

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽绝缘栅双极型晶体管的元胞结构


[0001]本技术涉及半导体器件
，具体涉及一种沟槽绝缘栅双极型晶体管的元胞结构。

技术介绍

[0002]作为20世纪末最杰出的半导体器件专利技术之一，IGBT被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。当今社会的电力发展已经离不开IGBT器件，优化IGBT器件的电气性能也刻不容缓。
[0003]目前，注入增强型的沟槽栅IGBT在开通过程中存在尖峰电流过大的现象，在使用过程中会导致器件可靠性降低，甚至会影响电路中其他元器件的正常使用，从而限制了传统沟槽型IGBT的使用领域。针对这一问题，最常见的方法是通过调整元胞结构，将元胞结构的沟槽多晶硅栅极设计成包含有真栅、虚栅的结构，减少有效栅的数量，这种方式能有效地降低了器件的尖峰电流，保护器件在开通过程中由于电流过冲导致的自身或其他电路元器件的损伤，但是缺点多晶硅沟槽增多会使得芯片面积变大，导致芯片成本变大。

技术实现思路

[0004]本技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能有效提高沟槽IGBT的电学性能及使用寿命，大大降低芯片成本的沟槽绝缘栅双极型晶体管的元胞结构。
[0005]本技术的目的是通过如下技术方案来完成的，一种沟槽绝缘栅双极型晶体管的元胞结构，包括元胞结构本体，所述元胞结构本体主要包括N型漂移区及设置在N型漂移区底部的P+区，所述N型漂移区的上表面依次设置有N型电荷贮存层和P型沟道区，P型沟道区上形成有发射极；所述元胞结构本体上形成有若干贯穿P型沟道区和N型电荷贮存层并延伸至N型漂移区内的多晶硅沟槽，多晶硅沟槽内设置有多晶硅和氧化层；所述多晶硅沟槽包括至少两个设置在元胞结构本体内的真栅多晶硅沟槽和设置在真栅多晶硅沟槽之间的若干发射极多晶硅沟槽，所述真栅多晶硅沟槽是由对应位置的多晶硅沟槽延伸至栅极金属环并通过第一接触孔与栅极金属层连接形成，所述发射极多晶硅沟槽是由保留在发射极区域内的多晶硅沟槽通过第二接触孔与发射极金属层连接形成。
[0006]进一步地，所述多晶硅沟槽还包括至少一个虚栅多晶硅沟槽，且所述虚栅多晶硅沟槽延伸至栅极金属环并通过第一接触孔与栅极金属层连接形成。
[0007]进一步地，所述真栅多晶硅沟槽两侧的P型沟道区形成有N+有源区域。
[0008]进一步地，所述真栅多晶硅沟槽、虚栅多晶硅沟槽及发射极多晶硅沟槽的深度、宽度均相同，且所述真栅多晶硅沟槽、虚栅多晶硅沟槽及发射极多晶硅沟槽等距设置在所述元胞结构本体上。
[0009]进一步地，所述真栅多晶硅沟槽、虚栅多晶硅沟槽及发射极多晶硅沟槽之间的距离为沟槽宽度的1/3~3倍。
[0010]本技术的有益技术效果在于：本技术采用了窄间距的元胞结构，并在该元胞上制造多个多晶硅沟槽，该多晶硅沟槽包含真栅、虚栅和发射极多晶硅沟槽，三种类型的多晶硅沟槽的形貌、间距相同，但真栅多晶硅沟槽两侧存在N+有源区，在器件过渡区的设计中需要将与栅极相连的多晶硅沟槽延伸到栅极金属层上，通过接触孔与栅极相连；而多晶硅发射极沟槽则仍然保留在发射极有源区内，通过接触孔与发射极金属层相连。这种结构有效地降低了器件瞬时电流，改善了开通过程中尖峰电流过大的问题，而在栅极沟槽之间放置同样形貌的与发射极多晶硅层沟槽，能有效调整器件的工作电容，同时提高IGBT器件电性稳定性和产品可靠性。
附图说明
[0011]图1为本技术第一种实施例的侧面结构图；
[0012]图2为图1的平面俯视图；
[0013]图3为本技术第二种实施例的侧面结构图；
[0014]图4为图3的平面俯视图；
[0015]图5为本技术第三种实施例的侧面结构图；
[0016]图6为图5的平面俯视图；
[0017]图7为本技术第四种实施例的侧面结构图；
[0018]图8为图7的平面俯视图。
具体实施方式
[0019]为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本技术的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本技术做进一步的阐述。
[0020]在本技术的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“横向”、“竖向”等术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本技术的限制。
[0021]如图1
‑
8所示，本技术所述的一种沟槽绝缘栅双极型晶体管的元胞结构，包括元胞结构本体，所述元胞结构本体主要包括N型漂移区8及设置在N型漂移区8底部的P+区9，所述N型漂移区8的上表面依次设置有N型电荷贮存层6和P型沟道区7，P型沟道区7上形成有发射极4；所述元胞结构本体上形成有若干贯穿P型沟道区7和N型电荷贮存层6并延伸至N型漂移区8内的多晶硅沟槽15，多晶硅沟槽15内设置有多晶硅16和氧化层17；所述多晶硅沟槽包括至少两个设置在元胞结构本体内的真栅多晶硅沟槽1和设置在真栅多晶硅沟槽1之间的若干发射极多晶硅沟槽3，所述真栅多晶硅沟槽1是由对应位置的多晶硅沟槽延伸至栅极金属环并通过第一接触孔12与栅极金属层11连接形成，所述发射极多晶硅沟槽3是由保留在发射极区域内的多晶硅沟槽通过第二接触孔13与发射极金属层14连接形成；所述P+区9远离N型漂移区8的一侧为集电极10。
[0022]参照图1
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2所示，所述多晶硅沟槽还包括至少一个虚栅多晶硅沟槽2，且所述虚栅多晶硅沟槽2是由中间位置上的多晶硅沟槽延伸至栅极金属环并通过第一接触孔12与栅极金属层11连接形成。
[0023]参照图1
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2所示，所述真栅多晶硅沟槽两侧的P型沟道区7形成有N+有源区域5。所述真栅多晶硅沟槽1、虚栅多晶硅沟槽2及发射极多晶硅沟槽3的深度、宽度均相同，且所述真栅多晶硅沟槽1、虚栅多晶硅沟槽2及发射极多晶硅沟槽3等距设置在所述元胞结构本体上。所述真栅多晶硅沟槽1、虚栅多晶硅沟槽2及发射极多晶硅沟槽3之间的距离为沟槽宽度的1/3~3倍。
[0024]图1
‑
4是一类沟槽型IGBT器件元胞结构图，两条虚线内图形为一个元胞的图形，其正面结构的特点是：每个元胞正面P阱上有至少4个等间距的形貌相同的沟槽，沟槽内填充有多晶硅，多个沟槽多晶硅层中包括两个真栅多晶硅沟槽1、一个或多个虚栅多晶硅沟槽2、一个或多个发射极多晶硅沟槽3；多个沟槽之间台面宽度为沟槽宽度的1/3~3倍之间。沟槽侧壁及芯片表面覆盖有绝缘介质，发射极与真栅和虚栅之间的P阱台面上开接触孔引出，该元胞的其他未描述结构与普通沟槽型IGBT器件一致。
[0025]图2和图4是对应图1和图3元胞结构的过渡区结构俯视图，两条虚线之间的图形宽度为一个元胞宽度。其特点是：在过渡区域中，沟槽栅极（包括两个真栅多晶硅沟槽1、一个或多个虚栅多晶硅沟槽2）延伸至栅极金属层区域11上通过第一接触孔12连接；而发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沟槽绝缘栅双极型晶体管的元胞结构，包括元胞结构本体，其特征在于：所述元胞结构本体主要包括N型漂移区及设置在N型漂移区底部的P+区，所述N型漂移区的上表面依次设置有N型电荷贮存层和P型沟道区，P型沟道区上形成有发射极；所述元胞结构本体上形成有若干贯穿P型沟道区和N型电荷贮存层并延伸至N型漂移区内的多晶硅沟槽，多晶硅沟槽内设置有多晶硅和氧化层；所述多晶硅沟槽包括至少两个设置在元胞结构本体内的真栅多晶硅沟槽和设置在真栅多晶硅沟槽之间的若干发射极多晶硅沟槽，所述真栅多晶硅沟槽是由对应位置的多晶硅沟槽延伸至栅极金属环并通过第一接触孔与栅极金属层连接形成，所述发射极多晶硅沟槽是由保留在发射极区域内的多晶硅沟槽通过第二接触孔与发射极金属层连接形成。2.根据权利要求1所述的沟槽绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐泓，汤艺，永福，王良元，
申请(专利权)人：嘉兴斯达半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：