[实用新型]一种沟槽绝缘栅双极型晶体管的元胞结构

说明书

本实用新型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。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种沟槽绝缘栅双极型晶体管的元胞结构。

背景技术

作为20世纪末最杰出的半导体器件发明之一，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。

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。

发明内容

本实用新型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。

本实用新型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。

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。

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。

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。

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。

本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型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