CN115881762A - Igbt功率器件 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体功率器件技术领域，具体公开了一种IGBT功率器件，包括由若干个元胞结构周期性排列组成的元胞区，所述元胞结构包括：n型外延层；位于所述n型外延层内的两个第一沟槽以及介于两个所述第一沟槽之间的至少三个栅沟槽，所述栅沟槽的深度小于所述第一沟槽的深度；位于所述n型外延层内的n型电荷存储区，每个所述栅沟槽的底部均设有一个所述n型电荷存储区；所述第一沟槽内设有绝缘层和导电层，所述栅沟槽内设有栅介质层和栅极；位于所述n型外延层内且介于相邻两个所述栅沟槽之间的p型体区，所述p型体区内设有n型发射极区。

Description

IGBT功率器件

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，特别是涉及一种IGBT功率器件。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)功率器件是由金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)晶体管和双极型晶体管复合而成的一种器件，IGBT功率器件的输入极为MOS晶体管，输出极为PNP型晶体管，它融合了这两种晶体管器件的优点，既具有MOS晶体管驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型晶体管饱和压降低和容量大的优点。

IGBT功率器件通常在p型体区下方形成n型电荷存储层，用以调节IGBT功率器件的导通压降，n型电荷存储层的掺杂浓度越高，IGBT功率器件正向导通压降越小、关断时间越短。相关技术中，n型电荷存储层位于p型体区下方，需要通过高能离子注入工艺形成，工艺难度大，不易控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种IGBT功率器件，以降低n型电荷存储层的制造工艺难度。

为达到本发明的上述目的，本发明提供了一种IGBT功率器件，包括由若干个元胞结构周期性排列组成的元胞区，所述元胞结构包括：

n型外延层；

位于所述n型外延层内的两个第一沟槽以及介于两个所述第一沟槽之间的至少三个栅沟槽，所述栅沟槽的深度小于所述第一沟槽的深度；

位于所述n型外延层内的n型电荷存储区，每个所述栅沟槽的底部均设有一个所述n型电荷存储区；

所述第一沟槽内设有绝缘层和导电层，所述栅沟槽内设有栅介质层和栅极；

位于所述n型外延层内且介于相邻两个所述栅沟槽之间的p型体区，所述p型体区内设有n型发射极区。

可选的，所述第一沟槽与相邻的所述栅沟槽毗邻，所述栅极与所述导电层被所述绝缘层绝缘隔离。

可选的，所述第一沟槽与相邻的所述栅沟槽被所述n型外延层分隔开。

可选的，还包括p型掺杂区，所述p型掺杂区位于所述第一沟槽与相邻的所述栅沟槽之间的所述n型外延层内。

可选的，所述p型掺杂区外接发射极电压。

可选的，所述导电层外接发射极电压，所述栅极外接栅极电压。

可选的，还包括p型集电极区，所述p型集电极区位于所述n型外延层下方。

可选的，还包括n型集电极区，所述n型集电极区位于所述n型外延层下方且与所述p型集电极区交替间隔设置。

可选的，还包括n型场截止区，所述n型场截止区介于所述p型集电极区与所述n型外延层之间。

可选的，位于每个所述栅沟槽的底部的所述n型电荷存储区相连接成形成一个n型电荷存储层。

本发明的IGBT功率器件，首先，n型电荷存储区位于栅沟槽底部，可以在栅沟槽形成后通过普通离子注入工艺形成，工艺难度大幅降低；其次，在相邻的两个第一沟槽之间形成至少三个栅沟槽，可以使得相邻两个第一沟槽之间的n型电荷存储区更加均匀，提高IGBT功率器件的稳定性。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。

图1是本发明提供的IGBT功率器件的第一个实施例的剖面结构示意图；

图2是本发明提供的IGBT功率器件的第二个实施例的剖面结构示意图；

图3是本发明提供的IGBT功率器件的第三个实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，本发明所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”等术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。同时，为清楚地说明本发明的具体实施方式，说明书附图中所列示意图，放大了本发明所述的层和区域的厚度，且所列图形大小并不代表实际尺寸。

本发明提供的IGBT功率器件包括由若干个元胞结构周期性排列组成的元胞区，图1是本发明提供的IGBT功率器件的元胞结构的第一个实施例的剖面结构示意图，如图1所示，本发明提出的IGBT功率器件的元胞结构包括n型外延层22，位于n型外延层内22的两个第一沟槽41以及介于两个第一沟槽41之间的至少三个栅沟槽42，其中栅沟槽42的深度小于第一沟槽41的深度，第一沟槽41内设有绝缘层23和导电层24，栅沟槽42内设有栅介质层25和栅极26，通常导电层24外接发射极电压，栅极26外接栅极电压。位于n型外延层22内的n型电荷存储区27，每个栅沟槽42的底部均设有一个n型电荷存储区27，n型电荷存储区27可以在栅沟槽42形成后通过普通离子注入工艺形成，工艺难度大幅降低。

位于n型外延层22内且介于相邻两个栅沟槽42之间的p型体区28，p型体区28内设有n型发射极区29。

本发明提出的IGBT功率器件还包括p型集电极区21，p型集电极区21位于n型外延层22下方。

作为已知的技术，IGBT功率器件还可以包括n型集电极区，所述n型集电极区位于n型外延层下方且与p型集电极区交替间隔设置；同时，IGBT功率器件还可以包括n型场截止区，n型场截止区介于p型集电极区与n型外延层之间，上述已知的技术在本发明实施例中不再具体展示。

在图1所示实施例中，第一沟槽41与相邻的栅沟槽42毗邻，栅极26与导电层24被绝缘层23绝缘隔离，可选的，如图2所示，第一沟槽41与相邻的栅沟槽42可以被n型外延层22分隔开，此时，第一沟槽41与相邻的栅沟槽42可以被n型外延层22分隔开。在图2所示实施例中，在n型外延层22还形成有p型掺杂区30，p型掺杂区30位于第一沟槽41与相邻的栅沟槽42之间的n型外延层22内，p型掺杂区30可以浮空设置，也可以外接发射极电压。

图3是本发明提供的IGBT功率器件的第三个实施例的剖面结构示意图，与图1所示实施例结构相比较，位于每个栅沟槽42的底部的n型电荷存储区相连接成形成一个n型电荷存储层40，此时只需要控制n型离子的注入浓度和扩散温度及扩散时间，增大n型电荷存储区的扩散区域使其扩散后相连接即可。

以上具体实施方式及实施例是对本发明技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.IGBT功率器件，其特征在于，包括由若干个元胞结构周期性排列组成的元胞区，所述元胞结构包括：

n型外延层；

位于所述n型外延层内的两个第一沟槽以及介于两个所述第一沟槽之间的至少三个栅沟槽，所述栅沟槽的深度小于所述第一沟槽的深度；

位于所述n型外延层内的n型电荷存储区，每个所述栅沟槽的底部均设有一个所述n型电荷存储区；

所述第一沟槽内设有绝缘层和导电层，所述栅沟槽内设有栅介质层和栅极；

位于所述n型外延层内且介于相邻两个所述栅沟槽之间的p型体区，所述p型体区内设有n型发射极区。

2.如权利要求1所述的IGBT功率器件，其特征在于，所述第一沟槽与相邻的所述栅沟槽毗邻，所述栅极与所述导电层被所述绝缘层绝缘隔离。

3.如权利要求1所述的IGBT功率器件，其特征在于，所述第一沟槽与相邻的所述栅沟槽被所述n型外延层分隔开。

4.如权利要求3所述的IGBT功率器件，其特征在于，还包括p型掺杂区，所述p型掺杂区位于所述第一沟槽与相邻的所述栅沟槽之间的所述n型外延层内。

5.如权利要求4所述的IGBT功率器件，其特征在于，所述p型掺杂区外接发射极电压。

6.如权利要求1所述的IGBT功率器件，其特征在于，所述导电层外接发射极电压，所述栅极外接栅极电压。

7.如权利要求1所述的IGBT功率器件，其特征在于，还包括p型集电极区，所述p型集电极区位于所述n型外延层下方。

8.如权利要求7所述的IGBT功率器件，其特征在于，还包括n型集电极区，所述n型集电极区位于所述n型外延层下方且与所述p型集电极区交替间隔设置。

9.如权利要求7所述的IGBT功率器件，其特征在于，还包括n型场截止区，所述n型场截止区介于所述p型集电极区与所述n型外延层之间。

10.如权利要求1所述的IGBT功率器件，其特征在于，位于每个所述栅沟槽的底部的所述n型电荷存储区相连接成形成一个n型电荷存储层。

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