一种自偏置分裂绝缘栅双极型晶体管制造技术

本发明专利技术属于功率半导体器件技术领域，涉及一种自偏置分裂绝缘栅双极型晶体管及其制作方法。本发明专利技术通过在分裂多晶硅栅11与浮空P区13之间串联一个二极管，二极管阴极与分裂多晶硅栅11连接，二极管阳极与浮空P区13连接，分裂栅11与发射极金属1之间串联一个电容，浮空P区13通过有源区钳位在IGBT关断时获得了一个较高的电位，该电位使得二极管开启，从而对电容进行充电，使得电容获得一个稳定的电位。而分裂栅11与电容相连，使故分裂栅也具有一个稳定的电位，该电位吸引分裂栅附近的电子积累形成电子积累层，该积累层提高了沟道的注入效率，进一步提升了漂移区电导调制效应，降低了器件的正向导通压降。的正向导通压降。的正向导通压降。

【技术实现步骤摘要】
一种自偏置分裂绝缘栅双极型晶体管


[0001]本专利技术属于功率半导体器件
，具体涉及一种自偏置分裂绝缘栅双极型晶体管。

技术介绍

[0002]电能的出现促进了现代社会科学技术的飞速发展，如何更加高效地处理电能一直以来都是全世界科学研究的热门课题。电能的高效利用高度依赖电力电子系统，而各种电力电子系统的核心电子元件是半导体功率器件。半导体功率器件被广泛应用在各类家电、以电力为主的各类工业设备等领域。进入21世纪后，全球气候变暖问题受到越来越多人的关注，节能减排、提高能源利用效率显得愈发重要。在清洁可再生能源所占比例越来越大的今天，全社会对能源转换效率有了更高的期待，对能源控制核心的功率半导体器件的性能提出了更高的要求。
[0003]绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为新一代的电力电子器件因其结合了场效应晶体管(MOSFET)和双极结晶型晶体管(BJT)的优点，既具有MOSFET易于驱动、输入阻抗低、开关速度快的优点，又具有BJT通态电流密度大、导通压降低、损耗小、稳定性好的优点。因而发展为现代电力电子电路中的核心电子元器件之一，被广泛应用于交通、电网、通信、家用电器及航空航天各个领域。IGBT的运用极大地改善了电力电子系统的性能。
[0004]从IGBT专利技术以来，人们一直致力于改善IGBT的性能，经过二十多年的发展，相继提出了多代的IGBT器件结构，器件性能得到稳步提升。传统沟槽型IGBT(如图1)通过将栅由横向的平面MOS转变为纵向的沟槽MOS结构，不仅提高了功率密度和结构设计空间，同时消除了JFET区的不利影响和寄生NPN造成的擎住效应，而在沟槽IGBT基础上提出的屏蔽栅沟槽IGBT(如图2)具有更低的栅电容，因此具有更快的开关速度、更低的开关损耗。而且与传统沟槽型栅结构底部的高尖峰电场相比，SGT结构具有优化电场增大耐压的优点，因此在高可靠性高性能应用领域中SGT
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IGBT具有更大的应用价值。图2展示出了一种传统SGT
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IGBT器件的元胞结构。IGBT作为绝缘栅控结构，其栅在形成沟道的同时，在非沟道区通过栅压吸引了电子，形成电子积累层，进一步降低正向导通压降，但在SGT
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IGBT中，由于屏蔽栅与发射极相连，故无法吸引电子形成电子积累层，沟道电子注入效率下降，故其电导调制效应弱于传统沟槽型IGBT，正向导通压降升高。

技术实现思路

[0005]为减小器件的导通压降，提升器件性能，本专利技术提出了一种自偏置分裂绝缘栅双极型晶体管。本专利技术通过在浮空P区13引出电位，在IGBT阻断时，通过二极管对电容充电，在IGBT导通时，利用电容上电压为SG(分离栅)提供自偏置的电位，使得在分裂栅结构下方形成电子积累，从而增强IGBT器件的正向导通能力。同时，分裂栅结构在阻断时形成内部场板结构，优化沟槽底部的尖峰电场，提升了IGBT的正向的耐压能力，且分裂栅结构的存在削弱了Gate与集电极之间的电容效应，加速了IGBT的开关速度，降低了器件的开关损耗，进一步
优化了器件的特性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种自偏置分裂绝缘栅双极型晶体管，其元胞结构包括：集电极金属10、P型集电区9、N型电场阻止层8、N
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漂移区7、P型基区4、N+发射区3、发射极欧姆接触P+区2、浮空P区13、沟槽发射极结构、分裂栅结构与发射极金属1；集电极金属10、P型集电区9、N型电场阻止层8和N
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漂移区7由下至上依次层叠设置；
[0007]所述分裂栅结构位于所述N
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漂移区7的顶层一侧，所述浮空P区13位于所述N
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漂移区7的顶层另一侧，所述沟槽发射极结构位于所述分裂栅结构和所述浮空P区13之间的所述N
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漂移区7的顶层，所述P型基区4位于所述沟槽发射极结构和所述分裂栅结构之间的所述N
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漂移区7的顶层，所述N+发射区3和所述发射极欧姆接触P+区2侧面相互接触的位于所述P型基区4的顶层，所述发射极金属1位于所述N+发射区3和所述发射极欧姆接触P+区2上；
[0008]所述沟槽发射极结构包括沟槽发射极12和位于其侧面和底部的沟槽氧化层6；所述分裂栅结构包括分裂多晶硅栅11和多晶硅栅5，所述多晶硅栅5位于所述分裂多晶硅栅11上，且分裂多晶硅栅11和多晶硅栅5之间具有沟槽氧化层6，分裂多晶硅栅11和多晶硅栅5与N
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漂移区7、P型基区4和N+发射区3之间具有沟槽氧化层6；
[0009]所述分裂多晶硅栅11与所述浮空P区13之间串联一个外置的二极管，所述二极管的N型区与所述分裂多晶硅栅11连接，所述二极管的P型区与所述浮空P区13连接，且分裂多晶硅栅11与发射极金属1之间串联一外置的电容。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种自偏置分裂绝缘栅双极型晶体管，其元胞结构包括：集电极金属10、P型集电区9、N型电场阻止层8、N
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漂移区7、P型基区4、N+发射区3、发射极欧姆接触P+区2、浮空P区13、沟槽发射极结构、分裂栅结构与发射极金属1；集电极金属10、P型集电区9、N型电场阻止层8和N
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漂移区7由下至上依次层叠设置；
[0011]所述分裂栅结构位于所述N
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漂移区7的顶层一侧，所述浮空P区13位于所述N
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漂移区7的顶层另一侧，所述沟槽发射极结构位于所述分裂栅结构和所述浮空P区13之间的所述N
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漂移区7的顶层，所述P型基区4位于所述沟槽发射极结构和所述分裂栅结构之间的所述N
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漂移区7的顶层，所述N+发射区3和所述发射极欧姆接触P+区2侧面相互接触的位于所述P型基区4的顶层，所述发射极金属1位于所述N+发射区3和所述发射极欧姆接触P+区2上；所述浮空P区13远离所述沟槽发射极结构的一侧上具有肖特基接触二极管金属层14；所述肖特基接触二极管金属层14与所述分裂多晶硅栅11相连接；
[0012]所述沟槽发射极结构包括沟槽发射极12和位于其侧面和底部的沟槽氧化层6；所述分裂栅结构包括分裂多晶硅栅11和多晶硅栅5，所述多晶硅栅5位于所述分裂多晶硅栅11上，且分裂多晶硅栅11和多晶硅栅5之间具有沟槽氧化层6，分裂多晶硅栅11和多晶硅栅5与N
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漂移区7、P型基区4和N+发射区3之间具有沟槽氧化层6；分裂多晶硅栅11与发射极金属1之间串联一外置的电容。
[0013]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种自偏置分裂绝缘栅双极型晶体管，其元胞结构包括：集电极金属10、P型集电区9、N型电场阻止层8、N
‑
漂移区7、P型基区4、N+发射区3、发射极欧姆接触P+区2、浮空P区13、沟槽发射极结构、分裂栅结构与发射极金属1；集电极金属10、P型集电区9、N型电场阻止层8和N
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漂移区7由下至上依次层叠设置；
[0014]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自偏置分裂绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，其元胞结构包括：集电极金属(10)、P型集电区(9)、N型电场阻止层(8)、N
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漂移区(7)、P型基区(4)、N+发射区(3)、发射极欧姆接触P+区(2)、浮空P区(13)、沟槽发射极结构、分裂栅结构与发射极金属(1)；集电极金属(10)、P型集电区(9)、N型电场阻止层(8)和N
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漂移区(7)由下至上依次层叠设置；所述分裂栅结构位于所述N
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漂移区(7)的顶层一侧，所述浮空P区(13)位于所述N
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漂移区(7)的顶层另一侧，所述沟槽发射极结构位于所述分裂栅结构和所述浮空P区(13)之间的所述N
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漂移区(7)的顶层，所述P型基区(4)位于所述沟槽发射极结构和所述分裂栅结构之间的所述N
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漂移区(7)的顶层，所述N+发射区(3)和所述发射极欧姆接触P+区(2)侧面相互接触的位于所述P型基区(4)的顶层，所述发射极金属(1)位于所述N+发射区(3)和所述发射极欧姆接触P+区(2)上；所述沟槽发射极结构包括沟槽发射极(12)和位于其侧面和底部的沟槽氧化层(6)；所述分裂栅结构包括分裂多晶硅栅(11)和多晶硅栅(5)，所述多晶硅栅(5)位于所述分裂多晶硅栅(11)上，且分裂多晶硅栅(11)和多晶硅栅(5)之间具有沟槽氧化层(6)，分裂多晶硅栅(11)和多晶硅栅(5)与N
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漂移区(7)、P型基区(4)和N+发射区(3)之间具有沟槽氧化层(6)；所述分裂多晶硅栅(11)与所述浮空P区(13)之间串联一个外置的二极管，所述二极管的N型区与所述分裂多晶硅栅(11)连接，所述二极管的P型区与所述浮空P区(13)连接，且分裂多晶硅栅(11)与发射极金属(1)之间串联一外置的电容。2.一种自偏置分裂绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，其元胞结构包括：集电极金属(10)、P型集电区(9)、N型电场阻止层(8)、N
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漂移区(7)、P型基区(4)、N+发射区(3)、发射极欧姆接触P+区(2)、浮空P区(13)、沟槽发射极结构(12)、分裂栅结构(11)、发射极金属(1)与肖特基接触二极管金属层(14)；集电极金属(10)、P型集电区(9)、N型电场阻止层(8)和N
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漂移区(7)由下至上依次层叠设置；所述分裂栅结构位于所述N
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漂移区(7)的顶层一侧，所述浮空P区(13)位于所述N
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漂移区(7)的顶层另一侧，所述沟槽发射极结构位于所述分裂栅结构和所述浮空P区(13)之间的所述N
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漂移区(7)的顶层，所述P型基区(4)位于所述沟槽发射极结构和所述分裂栅结构之间的所述N
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漂移区(7)的顶层，所述N+发射区(3)和所述发射极欧姆接触P+区(2)侧面相互接触的位于所述P型基区(4)的顶层，所述发射极金属(1)位于所述N+发射区(3)和所述发射极欧姆接触P+区(2)上；所述浮空P区(13)远离所述沟槽发射极结构的一侧上具有肖特基接触二极管金属层(14)；所述肖特基接触二极管金属层(14)与所述分裂多晶硅栅(11)相连接；所述沟槽发射极结构包括沟槽发射极(12)和位于其侧面和底部的沟槽氧化层(6)；所述分裂栅结构包括分裂多晶硅栅(11)和多晶硅栅(5)，所述多晶硅栅(5)位于所述分裂多晶硅栅(11)上，且分裂多晶硅栅(11)和多晶硅栅(5)之间具有沟槽氧化层(6)，分裂多晶硅栅(11)和多晶硅栅(5)与N
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漂移区(7)、P型基区(4)和N+发射区(3)之间具有沟槽氧化层(6)；分裂多晶硅栅(11)与发射极金属(1)之间串联一外置的电容。3.一种自偏置分裂绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，其元胞结构包括：集电极金属(10)、P型集电区(9)、N型电场阻止层(8)、N
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漂移区(7)、P型基区(4)、N+发射区(3)、发射极欧姆接触P+区(2)、浮空P区(13)、沟槽发射极结构、分裂栅结构与发射极金属(1)；集电极金属(10)、P型集电区(9)、N型电场阻止层(8)和N
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漂移区(7)由下至上依次层叠设置；
所述分裂栅结构位于所述N
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漂移区(7)的顶层一侧，所述浮空P区(13)位于所述N
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漂移区(7)的顶层另一侧，所述沟槽发射极结构位于所述分裂栅结构和所述浮空P区(13)之间的所述N
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漂移区(7)的顶层，所述P型基区(4)位于所述沟槽发射极结构和所述分裂栅结构之间的所述N
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漂移区(7)的顶层，所述N+发射区(3)和所述发射极欧姆接触P+区(2)侧面相互接触的位于所述P型基区(4)的顶层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金平，黄云翔，兰逸飞，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：