CN213692061U - 一种提高抗短路能力的沟槽栅igbt结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，包括：设置于P^‑阱区和N^‑漂移区上的多个沟槽，每一所述沟槽的下部填充第一绝缘介质，每一所述沟槽的上部按比例填充第二绝缘介质和多晶硅。本实用新型提供一种提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，其在每一沟槽的下部填充绝缘介质，每一沟槽的上部按比例选择性地填充绝缘介质或多晶硅，填充多晶硅的部分形成栅极，填充绝缘介质的部分形成假栅，当栅极电压达到开启电压时，栅极形成电子通道，假栅部分无法形成电子导电通道，该设计有效的降低了沟道密度，减小了饱和电流，提高了器件的抗短路能力。另一方面，填充的绝缘介质有效减小了栅极电容，提高了器件开关速度。

Description

一种提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构

技术领域

本实用新型涉及绝缘栅双极型晶体管技术领域，尤其涉及一种提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)具有驱动功率小、开关速度快、开关损耗小等优点，广泛应用于航天航空、新能源汽车、工业控制、白色家电等领域。现有的IGBT大部分采用沟槽(trench)结构，为了追求更低的饱和压降，会将沟槽密度做得很大，即增加沟道密度。但较高的沟道密度也会带来负面的影响，增加了器件的饱和电流密度，当器件发生短路时，较高的短路电流很容易导致器件失效，即器件的短路耐受能力较差。

因此，现有技术具有缺陷，需要进行改进及完善。

实用新型内容

为解决以上存在的技术问题，本实用新型提供一种提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，针对目前沟槽栅IGBT结构中增加沟道密度导致器件抗短路能力差的问题，本实用新型另辟蹊径，通过在现有技术中沟槽多晶硅的栅极区域，选择性地填充绝缘介质，在几乎不影响饱和压降和耐压的情况下，减少了导电沟道，降低了沟道密度，从而减小了器件短路时的电流，提高了器件的抗短路能力。同时，减小了IGBT的栅极电容，提高了器件的开关速度。

本实用新型的技术方案如下：本实用新型提供了一种提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，包括：设置于P^-阱区和N^-漂移区上的多个沟槽，每一所述沟槽的下部填充第一绝缘介质，每一所述沟槽的上部按比例填充第二绝缘介质和多晶硅。

进一步地，每一所述第一绝缘介质的高度在P^-阱区下方。

进一步地，每一所述第一绝缘介质的高度在P^-阱区下方0.1um-0.2um处。

进一步地，所述第二绝缘介质与多晶硅的填充比例为：1:5-5:1。

进一步地，所述第二绝缘介质与多晶硅间隔填充于每一所述沟槽的上部。

进一步地，所述第一绝缘介质和所述第二绝缘介质为二氧化硅、氮化硅或环氧树脂中的一种或多种。

进一步地，每一所述沟槽的外周设有栅氧层。

进一步地，多个沟槽上方为介质层，所述介质层下方的相邻的两沟槽之间的沟槽侧均设有N⁺源区，所述介质层上方为发射极金属层。

进一步地，所述N^-漂移区下方依次为：N⁺缓冲层、P⁺集电极和集电极电极。

采用上述方案，本实用新型提供一种提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，其在每一沟槽的下部填充第一绝缘介质，每一沟槽的上部按比例选择性地填充第二绝缘介质或多晶硅，填充多晶硅的部分形成栅极，填充第二绝缘介质的部分形成假栅，无法形成电子导电通道，该设计有效的降低了沟道密度，减小了饱和电流，提高了器件的抗短路能力。另一方面，填充的第一和第二绝缘介质有效减小了栅极电容，提高了器件开关速度。

附图说明

图1为本实用新型的提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构的内部结构示意图。

图2为本实用新型的提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构的立体透视示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

如图1-2所示，为本实用新型的一种提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构的示意图，可以看出，其从上到下依次为：发射极金属层10、介质层20、N⁺源区30、P^-阱区40、N^-漂移区50、N⁺缓冲层60、P⁺集电极70和集电极电极80。其中，P^-阱区40和N^-漂移区50上设置有多个沟槽90，每一所述沟槽90的外周设有栅氧层93，每一所述沟槽90的下部91填充第一绝缘介质，每一所述沟槽90的上部92按比例填充第二绝缘介质和多晶硅，填充多晶硅的沟槽部分则形成器件的栅极921，填充绝缘介质的沟槽部分形成假栅922。本实施例中，所述第一绝缘介质和所述第二绝缘介质为二氧化硅，在其他实施例中，也可以采用氮化硅或环氧树脂或几种的结合作为绝缘介质，同样起到降低沟道密度和减少栅电容的作用。所述介质层20为未掺杂的硅玻璃(USG)或掺杂硼磷的硅玻璃(BPSG)。每一所述第二绝缘介质的高度在P^-阱区40的下方以形成电子通道，优选的，每一所述第二绝缘介质的高度在P^-阱区40的下方0.1um-0.2um处。本实施例中每一所述沟槽90的上部92的第二绝缘介质与多晶硅的填充比例为：1:5-5:1。该比例范围对本领域内普通产品均能达到饱和压降和短路电流的良好折中，同时，该填充比例的大小决定了沟道密度及栅电容减少的程度，从而提高器件抗短路能力和开关速度的程度不同，因此可以预见的，该第二绝缘介质与多晶硅的填充比例可根据不同器件的性能要求进行调节，并不一定限于该比例范围。填充多晶硅的沟槽部分形成栅极，当栅极电压达到开启电压时，能够正常反型，形成电子通道，而填充第二绝缘介质的部分则成为假栅，无法反型，不能形成电子通道。如此，便有效减少了沟槽密度，降低了饱和电流，提高了器件的抗短路能力。同时，由于沟槽90的底部91和上部92的一部分填充了绝缘介质，有效减小了栅极电容，提高了器件的开关速度。

本实用新型的提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，通过在沟槽的下部填充第一绝缘介质，在现有的沟槽多晶硅的栅极区域，选择性地按比例填充第二绝缘介质，在几乎不影响饱和压降和耐压的情况下，减少了导电沟道，降低了沟道密度，从而减小了器件短路时的电流，提高了器件的抗短路能力。同时因为在沟槽上部填充了部分绝缘介质，减小了IGBT的栅极电容，提高了器件的开关速度。本实用新型设计简单、制作方便，却取得了良好的技术效果，值得大力推广使用

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，其特征在于，包括：设置于P^-阱区和N^-漂移区上的多个沟槽，每一所述沟槽的下部填充第一绝缘介质，每一所述沟槽的上部按比例填充第二绝缘介质和多晶硅。

2.根据权利要求1所述的提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，其特征在于，所述第一绝缘介质的高度在P^-阱区下方。

3.根据权利要求2所述的提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，其特征在于，所述第一绝缘介质的高度在P^-阱区下方0.1um-0.2um处。

4.根据权利要求1所述的提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，其特征在于，所述第二绝缘介质与多晶硅的填充比例为：1:5-5:1。

5.根据权利要求1所述的提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，其特征在于，所述第二绝缘介质与多晶硅间隔填充于每一所述沟槽的上部。

6.根据权利要求1-5任一项所述的提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，其特征在于，所述第一绝缘介质和所述第二绝缘介质为二氧化硅、氮化硅或环氧树脂中的一种。

7.根据权利要求6所述的提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，其特征在于，每一所述沟槽的外周设有栅氧层。

8.根据权利要求7所述的提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，其特征在于，多个沟槽上方为介质层，所述介质层下方的相邻的两沟槽之间的沟槽侧均设有N⁺源区，所述介质层上方为发射极金属层。

9.根据权利要求8所述的提高抗短路能力的沟槽栅IGBT结构，其特征在于，所述N^-漂移区下方依次为：N⁺缓冲层、P⁺集电极和集电极电极。

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