[发明专利]一种槽栅双极型晶体管

说明书

本发明属于半导体器件技术领域，具体的说涉及一种槽栅双极型晶体管。本发明属于三维结构，主要方案是采用封闭状沟槽栅结构，并往沟槽栅反向水平缩小了P型基区，使得沟槽结构能更充分的与N‑漂移区1接触，形成产生反型层沟道的反型栅结构和产生电子积累层的积累栅结构。所以，在器件导通的时候，积累栅产生的电子积累层通过反型栅产生的沟道相连到发射极上去，形成发射极双注入，电子注入的效率被极大增强，降低了导通压降。此外，本发明采用微小的分离的P型基区，减少了反偏PN结对N漂移区中空穴的抽取，提高了发射极一侧载流子的浓度，起到了辅助降低导通压降的作用。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体的说涉及一种槽栅双极型晶体管(TrenchInsulated Gate Bipolar Transisitor，简称：TIGBT)。

背景技术

高压功率半导体器件是功率电子的重要组成部分，在诸如动力系统中的电机驱动，消费电子中变频等领域具有广泛的应用。在应用中，高压功率半导体器件需要具有低导通功耗，大导通电流，高电压阻断能力，栅驱动简单，低开关损耗等特性。绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称：IGBT)由于其在中高压电力电子领域中展现出优越的性能而得到广泛的应用。但是，IGBT作为一种双极型器件，其关键参数导通压降与关断损耗之间存在折中关系，如何优化这折中关系成为提高IGBT性能的关键。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种发射极双注入槽栅型IGBT结构(可称为DI-IGBT)，对IGBT导通压降和关断损耗的折中关系进行优化。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种槽栅双极型晶体管，其元胞结构包括从下至上依次层叠设置金属化集电极11、P+集电极区10、N+缓存层9和N-漂移区1；所述N-漂移区1上层外围具有闭合的沟槽栅结构，在N-漂移区1上层两侧还分别具有呈对称分布的P型基区2、N+发射区6和P+接触区7，其中P型基区2和N+发射区6与沟槽栅接触，P型基区2位于N+发射区6和P+接触区7下方，N+发射区6和P+接触区7并列设置；在N+发射区6和P+接触区7上表面还具有金属化发射极8；在N-漂移区1上层中部还具有沟槽栅结构，使每个元胞上层形成2个由沟槽栅闭合的区域；其特征在于，所述P型基区2的结深小于沟槽栅的结深，沿器件横向方向，P型基区2的宽度小于N+发射区6和P+接触区7的宽度；器件元胞的布局规则为：以器件的俯视平面建立平面直角坐标系，沿水平方向，每个元胞并列排列，沿垂直方向，相邻元胞之间以水平方向偏离半个元胞长度为基准，呈交错分布。

上述方案中，与N+发射区6接触的沟槽栅为反型栅，其他的为积累栅，P型基区2往反型栅方向水平缩小为微型区域，使得槽栅结构有更多的面积和N-漂移区1直接接触；器件结构为三维结构，采用封闭形沟槽窗口，将积累栅产生的电子积累层通过反型栅产生的沟道与发射极连接到一起。

本发明总的技术方案，主要有两点，一是本器件为三维结构器件，不同于GFP-IGBT中条状的积累栅和反型栅交替平行出现[许晓锐，一种槽栅双极型晶体管，201710082601.5]，本结构通过采用封闭形沟槽窗口，将积累栅产生的电子积累层连接到沟道上去，形成双注入模式，沟槽栅的窗口形状和尺寸比根据实际器件性能要求设计。二是将常规绝缘栅双极管的P型基区结构进行改进，即把常规IGBT的P型基区往反型栅方向水平缩小，使得更多的沟槽结构与N-漂移区1直接接触形成积累栅结构，微P型基区的结深和横向长度根据实际器件性能要求设计。本发明拥有与当前商业IGBT相兼容的工艺流程。

本发明的有益效果为，通过提出新结构槽栅双极型晶体管(DI-IGBT)，在不改变器件参数的前提下，优化了IGBT导通压降和关断损耗之间的折中关系，降低了功率损耗。

附图说明

图1是本发明的DI-IGBT元胞排布示意图；