一种抑制寄生开启的高速IGBT元胞结构制造技术

本实用新型专利技术涉及电力电子技术领域的半导体器件，具体为一种能够有效抑制寄生开启的高速IGBT元胞结构，其包括N

【技术实现步骤摘要】
一种抑制寄生开启的高速IGBT元胞结构


[0001]本技术涉及电力电子
的半导体器件，具体为一种能够有效抑制寄生开启的高速IGBT元胞结构。

技术介绍

[0002]IGBT作为电力电子系统中常用的一种功率器件，总体上具有耐压高，损耗低的特点。现今的各种应用场景，往往对IGBT器件的特性要求有所差别。比如电力传输，轨道交通等领域，一般要求IGBT具有较低的导通损耗，同时具有良好的开关软度和平滑的开关波形，而对开关损耗的要求则不高。而一般工业变频场景，则需要IGBT具有强健的短路特性，较好的开关软度，以及损耗表现。越来越多的高速开关应用场景，则要求IGBT具有较低的开关损耗，并且在高速开关过程中不易发生寄生开启，同时还需要一定的短路强健性，而对器件的导通损耗要求不高。
[0003]现有IGBT器件常采用沟槽型栅极结构，并多采取载流子注入增强技术，即增加器件的浮空区域，器件结构的主要缺点在于栅极与集电极不仅在沟槽底部发生重叠，而且在沟槽侧壁，通过浮空区发生重叠。这大幅增加了器件的栅极
‑
集电极电容（C
gc
）。同时，器件栅极与发射极仅在沟槽侧壁通过P型基区发生重叠，导致器件的栅极
‑
发射极电容（C
ge
）过小。过大的栅极
‑
集电极电容（C
gc
）导致器件的栅极和集电极耦合过大，且开关时间过长，动态损耗过大，不利于开关频率的提高。过小的栅极
‑
发射极电容（C
ge
）不能够有效平抑集电极电压波动对栅极电压的影响，无法保证栅极电压低于器件阈值电压，即不能有效防止器件的寄生开启。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中IGBT器件中栅极
‑
集电极电容（C
gc
）和栅极
‑
发射极电容（C
ge
）比例失配引起的器件开关损耗过大和易发生寄生开启的问题，现在本技术提出一种能够有效抑制寄生开启的高速IGBT元胞结构。
[0005]为实现上述技术效果，本申请的技术方案如下：
[0006]一种抑制寄生开启的高速IGBT元胞结构，包括N
‑
型基区，所述N
‑
型基区上方设置有P型基区，在P型基区中设置有多个氧化层，所述氧化层延伸至N
‑
型基区中，每个氧化层内有多晶层，氧化层和多晶层组成沟槽区，沟槽区的数量为三个或者三个以上，位于中部的两个沟槽区连接至器件栅极，其余沟槽区连接至器件的发射极。
[0007]进一步地，位于中部两个沟槽区之间的P型基区的上部，设置有P型重掺杂区和N型重掺杂区，N型重掺杂区位于P型重掺杂区两侧。
[0008]进一步地，N
‑
型基区的下方设置有N场截止层，N场截止层下方设置有P
+
型集电区，P
+
型集电区的下方设置有背面金属层。
[0009]进一步地，N
‑
型基区上方为中间介质层。
[0010]进一步地，中间介质层的表面覆盖正面金属层，且正面金属层与N型重掺杂区、P型
重掺杂区形成欧姆接触。
[0011]进一步地，各个沟槽区之间的间距相同或者不同。
[0012]进一步地，P型重掺杂区和N型重掺杂区处的中间介质层被刻蚀工艺分离，正面金属层与P型重掺杂区和N型重掺杂区形成欧姆接触。
[0013]进一步地，正面金属层的上表面连接有发射极。背面金属层的下表面连接有集电极。
[0014]本申请的优点为：
[0015]1、本技术IGBT元胞结构与传统IGBT芯片制造工艺完全兼容；本技术IGBT元胞结构具备同等的载流子注入增强效应，能保持传统IGBT导通压降小的优势；本技术IGBT元胞结构，表面结构平整，无明显台阶差，有利于器件尺寸的微缩和精细化，可兼容未来更先进的制程，有利于器件特性的进一步改善。
[0016]2、本技术IGBT元胞结构中的沟槽区的数量灵活多变，总的数量大于3即可。且可以根据制程条件，仅需要保持中间两个沟槽区内的多晶层连接至器件栅极，灵活调整其余沟槽区的数量，以满足应用场景对短路强健性的要求。
[0017]3、本技术IGBT元胞结构中，中间两个沟槽区内的多晶层连接至器件栅极，其余沟槽区内的多晶层连接至器件的发射极。这明显减少了器件的栅极
‑
集电极电容（C
gc
），即降低了栅极与集电极的耦合作用。同时，这明显增加了器件的栅极
‑
发射极电容（C
ge
），即增加了栅极与发射极的耦合作用。大幅减少的栅极
‑
集电极电容（C
gc
）能够有效降低器件的开关时间和损耗。同时配合大幅增加的栅极
‑
发射极电容（C
ge
），能够有效平抑器件栅极电压受集电极电压波动的影响，并始终保证栅极电压小于器件的阈值电压，防止寄生开启的发生。
附图说明
[0018]图1是本技术提出的IGBT元胞结构的第一种具体实施方式。
[0019]图2是本技术提出的IGBT元胞结构的第二种具体实施方式。
[0020]附图中：101
‑
N
‑
型基区，102
‑
P型基区，103
‑
P型重掺杂区，104
‑
N型重掺杂区，105
‑
多晶层，106
‑
氧化层，107
‑
中间介质层，108
‑
正面金属层，109
‑
N型场截止层，110
‑
P+型集电区，111
‑
背面金属层，G
‑
栅极，E
‑
发射极，C
‑
集电极。
具体实施方式
[0021]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0022]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0023]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0024]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制寄生开启的高速IGBT元胞结构，其特征在于：包括N
‑
型基区（101），所述N
‑
型基区（101）上方设置有P型基区（102），在P型基区（102）中设置有多个氧化层（106），所述氧化层（106）延伸至N
‑
型基区（101）中，每个氧化层（106）内有多晶层（105），一个氧化层（106）和一个多晶层（105）组成沟槽区，沟槽区的数量为三个或者三个以上，位于中部的两个沟槽区内的多晶层（105）连接至器件栅极（G），其余沟槽区的多晶层（105）连接至器件的发射极（E）。2.根据权利要求1所述的一种抑制寄生开启的高速IGBT元胞结构，其特征在于：位于中部两个沟槽区之间的P型基区的上部，设置有P型重掺杂区（103）和N型重掺杂区（104），N型重掺杂区（104）位于P型重掺杂区（103）两侧。3.根据权利要求1所述的一种抑制寄生开启的高速IGBT元胞结构，其特征在于：N
‑
型基区（101）的下方设置有N场截止层（109），N场截止层（109）下方设置有P
+
型集电区（110），P
+...

【专利技术属性】
技术研发人员：金涛，孔梓玮，许玉欢，周意杰，宋希华，
申请(专利权)人：薪火半导体深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：