[發明專利]絕緣柵雙極型晶體管器件及其制作方法、電力電子設備

在審

• 申請號: 201711046452.3
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107706237A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 史波
• 申請（專利權）人: 珠海格力電器股份有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L21/331;H01L29/423
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司11291
• 代理人: 黃志華

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，特別是涉及一種絕緣柵雙極型晶體管器件及其制作方法、電力電子設備。

背景技術

在電力電子領域，絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是最具代表性的功率器件。IGBT是由雙極結型晶體管(Bipolar Junction Transistor，BJT)和金屬氧化物半導體場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOS)組成的復合全控型電壓驅動式半導體功率器件，非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

目前，如何改善IGBT器件的綜合性能，提高IGBT器件的適用性，是亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明實施例的目的是提供一種IGBT器件及其制作方法、電力電子設備，以改善IGBT器件的綜合性能，提高IGBT器件的適用性。

本發明實施例提供了一種IGBT器件，包括柵極結構，所述柵極結構包括多個平面柵單元和多個溝槽柵單元，其中：所述多個平面柵單元位于同一層面，所述多個溝槽柵單元位于所述多個平面柵單元的一側，且與所述多個平面柵單元所在的層面相交，每個所述平面柵單元與至少兩個相鄰的所述溝槽柵單元連接。

可選的，所述多個溝槽柵單元與所述多個平面柵單元所在的層面正交。

可選的，所述多個溝槽柵單元呈陣列排布，所述平面柵單元將行相鄰且列相鄰的四個所述溝槽柵單元連接。

可選的，所述平面柵單元為多晶硅平面柵單元，所述溝槽柵單元為多晶硅溝槽柵單元。

可選的，所述平面柵單元與所述溝槽柵單元的重疊寬度為0.8～1.2μm。

可選的，所述IGBT器件具體包括：N型半導體襯底，在所述N型半導體襯底的一側且沿遠離所述N型半導體襯底的方向依次設置的P型阱、N型發射極、第一介質層、所述柵極結構、第二介質層、第一金屬層和鈍化保護層，以及在所述N型半導體襯底的另一側且沿遠離所述N型半導體襯底的方向依次設置的N型場截止層、P型集電區和第二金屬層；其中：

所述N型半導體襯底、所述P型阱和所述N型發射極的整體結構具有開口背向所述N型場截止層的溝槽，所述溝槽柵單元位于所述溝槽內；

所述P型阱遠離所述N型半導體襯底的一側具有P型接觸區，所述第二介質層、所述第一介質層和所述N型發射極的整體結構具有通向所述P型接觸區的第一接觸孔；所述第二介質層具有通向所述柵極結構的第二接觸孔；

所述第一金屬層包括通過所述第一接觸孔與所述P型接觸區連接的發射極金屬，以及通過所述第二接觸孔與所述柵極結構連接的柵極連接金屬。

可選的，所述溝槽的深度為4～6μm。

可選的，所述第一接觸孔位于沿行向相鄰的兩個所述平面柵單元之間且位于沿列向相鄰的兩個所述平面柵單元之間。

可選的，所述柵極連接金屬包括框形引線部以及與所述框形引線部連接的引出部，其中，所述框形引線部圍繞所述柵極結構設置并通過所述第二接觸孔與所述柵極結構連接。

本發明實施例提供的IGBT器件，其柵極結構為平面柵單元和溝槽柵單元的復合結構，采用該設計，可以有效降低柵極電阻；相對溝槽柵結構的IGBT器件，柵極輸入電容更小，從而改善了器件的開關頻率；相對溝槽柵結構的IGBT器件，由于飽和壓降增大，因此降低了短路電流，改善了短路特性；同時相對平面柵結構的IGBT器件，又平衡了飽和壓降和短路特性的參數，并且芯片的面積也減小。平面柵單元、溝槽柵單元的具體尺寸可以根據器件的參數要求靈活進行調整。因此，相比現有技術，本發明實施例IGBT器件的性能得到綜合改善，適用性更強。

本發明實施例還提供一種電力電子設備，包括前述任一技術方案所述的IGBT器件。由于IGBT器件具有上述有益效果，因此，電力電子設備的電氣性能也較佳。

本發明實施例還提供一種IGBT器件的制作方法，包括以下步驟：

形成柵極結構，所述柵極結構包括多個平面柵單元和多個溝槽柵單元，其中：所述多個平面柵單元位于同一層面，所述多個溝槽柵單元位于所述多個平面柵單元的一側，且與所述多個平面柵單元所在的層面相交，每個所述平面柵單元與至少兩個相鄰的所述溝槽柵單元連接。

可選的，所述形成柵極結構，具體包括：

在N型半導體襯底的一側表面依次形成第一氧化薄膜和掩模氧化層；