[發明專利]一種溝槽柵電荷儲存型絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201710985732.4
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107623027B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 張金平;趙倩;劉競秀;李澤宏;任敏;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/739;H01L21/336
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

1.一種溝槽柵電荷儲存型絕緣柵雙極型晶體管，包括：P型集電區(14)、位于P型集電區(14)背面的集電極金屬(15)、位于P型集電區(14)正面的N型電場阻止層(13)和位于N型電場阻止層(13)上方的N型漂移區(12)；其特征在于：N型漂移區(12)中具有P+發射區(4)、N+發射區(5)、P型基區(6)、N型電荷存儲層(7)、溝槽柵結構、溝槽發射極結構、P型體區(10)和P型層(11)；N型漂移區(12)中間位置具有沿垂直方向部分穿入的溝槽發射極結構，所述溝槽發射極結構包括發射極電極(91)及設于其側壁的發射極介質層；

所述溝槽發射極結構一側的N型漂移區(12)頂層中具有與之相連的P+發射區(4)和N+發射區(5)，所述P+發射區(4)和N+發射區(5)相互接觸且并排設置，在P+發射區(4)部分上表面和N+發射區(5)的上表面具有發射極金屬(1)，在P+發射區(4)部分上表面和溝槽發射極結構部分上表面還具有與發射極金屬(1)相連接的串聯二極管結構；在P+發射區(4)和N+發射區(5)的下表面具有與之相連的P型基區(6)；P型基區(6)和N型漂移區(12)之間具有N型電荷存儲層(7)，還包括沿垂直方向部分穿入所述N型電荷存儲層(7)中的溝槽柵結構，溝槽柵結構上表面與發射極金屬(1)之間通過第一介質層(31)相隔離，所述溝槽柵結構包括：柵電極(81)、第一柵介質層(82)和第二柵介質層(83)；所述柵電極(81)通過第一柵介質層(82)與底部N型電荷存儲層相連(7)，所述柵電極(81)通過第二柵介質層(83)與N+發射區(5)、P型基區(6)和側邊N型電荷存儲層相連(7)；所述溝槽柵結構的深度大于P型基區(6)的結深且小于N型電荷存儲層(7)的結深；

所述溝槽發射極結構另一側的N型漂移區(12)中具有與之相連的P型體區(10)，所述P型體區(10)上方具有與之相連的第三介質層(33)，并且所述第三介質層(33)與所述串聯二極管結構相連；所述溝槽發射極結構下方的N型漂移區(12)中還具有與發射極電極(91)相接觸的P型層(11)，所述P型層(11)向一側橫向延伸至N型電荷存儲層(7)下方的N型漂移區(12)中。

2.根據權利要求1所述的一種溝槽柵電荷儲存型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于：所述溝槽發射極結構通過第二發射極介質層(92)與P+發射區(4)、P型基區(6)和N型電荷存儲層相連(7)相連，所述溝槽發射極結構通過第一發射極介質層(93)與P型體區(10)相連。

3.根據權利要求1所述的一種溝槽柵電荷儲存型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于：所述串聯二極管結構采用PN結二極管結構或者齊納二極管結構。

4.根據權利要求3所述的一種溝槽柵電荷儲存型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于：所述串聯二極管結構包括第一P型摻雜區(21)、第一N型摻雜區(22)、第二N型摻雜區(23)和第二P型摻雜區(24)；其中：第一P型摻雜區(21)與P型體區(71)接觸，第一N型摻雜區(22)、第二N型摻雜區(23)和第二P型摻雜區(24)與溝槽發射電極(91)和P+發射區(4)之間通過第二介質層(32)相隔離；第一P型摻雜區(21)與第一N型摻雜區(22)相鄰且接觸形成第一PN結二極管，所述第二N型摻雜區(23)和第二P型摻雜區(24)相鄰且接觸形成第二PN結二極管，第一PN結二極管和第二PN結二極管之間通過浮空金屬層(16)相連。

5.根據權利要求1所述的一種溝槽柵電荷儲存型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于：所述溝槽柵結構還包括：位于柵電極(81)底部的分裂電極(84)和分裂電極介質層(85)；所述分裂電極(84)與柵電極(81)之間通過第一柵介質層(82)隔離，所述分裂電極(84)與N型電荷存儲層(7)和N型漂移區(12)分別通過分裂電極介質層(85)隔離。

6.根據權利要求1所述的一種溝槽柵電荷儲存型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于：所述溝槽柵結構底部還具有第二P型層(1102)。

7.根據權利要求1所述的一種溝槽柵電荷儲存型絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于：所述N型電荷存儲層(7)的結深小于所述溝槽發射電極(91)的深度。