[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: 201710986479.4
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107799582B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 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: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/423;H01L29/739;H01L21/331
• 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，其元胞結構包括：P型集電區(12)、位于P型集電區(12)背面的集電極金屬(13)、位于P型集電區(12)正面的N型電場阻止層(11)和位于N型電場阻止層(11)上方的N型漂移區(10)；N型漂移區(10)中具有N+發射區(3)、P+發射區(4)、P型基區(5)、N型電荷存儲層(6)、P型體區(71)和溝槽柵結構；溝槽柵結構沿垂直方向部分穿入N型漂移區(10)；P型體區(71)位于溝槽柵結構的一側，P型基區(5)位于溝槽柵結構的另一側，且P型體區(71)的結深大于P型基區(5)的結深； P型基區(5)的頂層具有相互接觸的N+發射區(3)和P+發射區(4)，N+發射區(3)和P+發射區(4)并排設置且與上方的第一發射極金屬(101)相連，N型電荷存儲層(6)位于P型基區(5)和N型漂移區(10)之間，所述溝槽柵結構包括：柵電極(81)、第一柵介質層(83)和第二柵介質層(84)，柵電極(81)與N+發射區(3)、P型基區(5)和N型電荷存儲層(6)通過第二柵介質層(84)相隔離，柵電極(81)與上方第一發射極金屬(101)之間通過第二介質層(1402)隔離，其特征在于：柵電極(81)的深度大于P型基區(5)且小于N型電荷存儲層(6)的結深；所述溝槽柵結構還包括：分裂電極(82)、第一分裂電極介質層(85)和第二分裂電極介質層(86)；分裂電極(82)與上方第一發射極金屬(101)相連，分裂電極(82)與柵電極(81)通過第一柵介質層(83)相隔離且其深度大于柵電極(81)的深度；分裂電極(82)呈“L”型且半包圍柵電極(81)設置，分裂電極(82)與柵電極(81)通過第一柵介質層(83)相隔離，分裂電極(82)的深度大于柵電極(81)的深度；分裂電極(82)與N型漂移區(10)通過第一分裂電極介質層(85)相隔離，并且分裂電極(82)的深度大于N型電荷存儲層(6)的結深；分裂電極(82)與P型體區(71)通過第二分裂電極介質層(86)相隔離；

所述N型漂移區(10)的頂層中還具有通過溝槽發射極結構(9)與P型體區(71)相隔離的浮空P型體區(72)，浮空P型體區(72)的結深大于N型電荷存儲層(6)的結深；位于溝槽發射極結構(9)與溝槽柵結構之間的P型體區(71)上方具有與第一發射極金屬(101)相連的串聯二極管結構(2)，部分串聯二極管結構(2)與P型體區(71)之間通過第一介質層(1401)相隔離；溝槽發射極結構(9)沿垂直方向穿入P型體區(71)中，所述溝槽發射極結構(9)包括：溝槽發射極介質層(91)和溝槽發射極(92)，所述溝槽發射極(92)的側面和底面均被溝槽發射極介質層(91)包圍；所述溝槽發射極(92)上方具有與之相連的第二金屬發射極(102)，所述浮空P型體區(72)上方具有與之相連的第三介質層(1403)，所述第三介質層(1403)與所述第二金屬發射極(102)接觸，所述第二金屬發射極(102)與所述串聯二極管結構(2)通過第四介質層(1404)相隔離；

第一分裂電極介質層(85)和第二分裂電極介質層(86)的厚度大于第一柵介質層(83)和第二柵介質層(84)的厚度。

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，P型體區(71)的結深大于N型電荷存儲層(6)的結深，并且P型體區(71)底部向溝槽柵結構底部的N型漂移區(10)延伸形成P型層。

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P型體區(71)之間通過第一絕緣介質層(1401)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 (15)相連。

4.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：所述溝槽柵結構的深度小于或者等于P型體區的結深；所述溝槽發射極結構(9)的深度小于或者等于P型體區的結深。