[發明專利]一種帶有側邊多晶硅電極溝槽非穿通型絕緣柵雙極晶體管

在審

• 申請號: 201310528583.0
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103531621A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 郭東輝;江凌峰
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/41
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及雙極晶體管，特別是涉及一種帶有側邊多晶硅電極溝槽非穿通型絕緣柵雙極晶體管。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管（IGBT）既有MOSFET的輸入阻抗高，驅動功率小，開關損耗低，又有雙極型功率晶體管的電流密度大，飽和壓降低等優點。作為新型的電力半導體器件被廣泛應用于電力電子領域。然而，由于采用溝槽柵技術設計IGBT，在溝槽的底部曲面率小的原因，電場在溝槽柵底部容易集中，使得限制了溝槽柵型絕緣柵場效應晶體管的擊穿電壓。

文獻[1]“Dual-Material-Gate?Technique?for?Enhanced?Transconductance?and?Breakdown?Voltage?of?Trench?Power?MOSFETs”（作者：Raghvendra?S.Saxena,M.Jagadensh?Kumar;出處：IEEE?Transactions?on?Electron?Devices，2009年，第56卷，第517頁～第522頁）提出了一種新型的雙金屬柵極溝道思想，對原來的溝槽柵極進行化學機械拋光減薄工藝，然后淀積P+型多晶硅，接著進行柵槽的內部深刻槽，淀積小功函數的金屬。該文獻的做法提高了擊穿電壓和降低了跨導。

文獻[2]“The?Super-junction?Insulated?Gate?Bipolar?Transistor?Optimization?and?Modeling”（作者：Marina?Antoniou,Florin?Udrea,Friedhelm?Bauer;出處：IEEE?Transactions?on?Electron?Devices,2010年，第57卷，第594頁～第600頁）提出了利用電荷補償原理，在P型基區下方引入直接延伸到N型緩沖層的P-pillar，使得在器件阻斷狀態下N-pillar和P-pillar完全耗盡。該文獻的做法提高N型基區的摻雜濃度，降低靜態損耗，同時提高器件擊穿耐壓。

文獻[3]“Trench?gate?IGBT?structure?with?floating?P?region,”（作者：Mengliang?Qian,Zehong?Li,Bo?Zhang?and?Zhaoji?Li;出處：Journal?of?Semiconductors，2012年，第31期，第024003-1頁～第024003-3頁）提出了溝槽底部引入一個P+空穴收集區，避免了空穴進入P型體區，起到了空穴旁路的作用，從而削弱了寄生晶閘管效應，器件的安全工作區得到增大，也獲得了優越的高溫特性。

但是文獻[1]這種做法需要增加多個掩膜版，同時也增加了多道工藝程序，對柵槽進行化學機械拋光技術還不成熟，其中二次刻槽的精度要求高，難度大，還加大了開啟電壓。文獻[2]由于需要精確的要精確的控制P-pillar和N-pillar的摻雜濃度和寬長比來實現電荷補償，這對工藝要求高，且需要更多的熱過程。此種結構工藝難度和成本高，且動態雪崩能力差。文獻[3]實現P?region的工藝需要多步離子注入，而且在提高擊穿電壓方面效果不好。

非穿通型絕緣柵雙極晶體管（Trench-NPT-IGBT）器件結構，是在傳統的Trench-NPT-IGBT器件中引入側邊多晶硅電極（Side-poly），可以提高該器件的擊穿電壓，降低其開啟的閾值電壓。

發明內容

本發明的目的在于提供一種帶有側邊多晶硅電極溝槽非穿通型絕緣柵雙極晶體管。

本發明設有金屬化集電極、P型集電極區、N-型漂移區、二氧化硅側邊多晶硅氧化層、側邊多晶硅電極、金屬化側邊多晶硅電極、P+體區、金屬化發射極、N+型源區、P型基區、金屬化柵極、多晶硅柵電極和二氧化硅柵氧化層；

所述金屬化集電極位于P型集電極區的背面，N-型漂移區位于P型集電極區的正面；N+型源區和P+體區并排位于金屬化發射極下方，N+型源區和P+體區與金屬化發射極相連，其中，P+體區下方直接與N-型漂移區相連，N+型源區與N-型漂移區之間隔著P型基區；多晶硅柵電極設在器件頂部并位于金屬化發射極的一側，多晶硅柵電極側面被二氧化硅柵氧化層所包圍；二氧化硅柵氧化層的側壁分別與N+型源區、P型基區和N-型漂移區接觸，二氧化硅柵氧化層底部與N-型漂移區接觸；側邊多晶硅電極設在器件頂部并位于金屬化發射極的另一側，側邊多晶硅電極側邊被二氧化硅側邊多晶硅氧化層所包圍；二氧化硅側邊多晶硅氧化層的側壁分別與P+體區、N-型漂移區接觸，二氧化硅側邊多晶硅氧化層底部與N-型漂移區接觸。