[發明專利]IGBT器件

有效

• 申請號: 201810120416.5
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108417622B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 張須坤
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L29/423
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 郭四華

本發明公開了一種IGBT器件，包括：至少兩個第一溝槽柵，各第一溝槽柵的至少一個側面形成有溝道區；至少一個浮空區，浮空區的兩側由兩個對應的第一溝槽柵的側面限定；在浮空區中形成有至少一個穿過浮空區的第二溝槽柵；在浮空區的表面形成有相反摻雜的第一阱區；溝道區的表面形成有發射區且發射區的表面通過接觸孔連接到發射極，第一阱區的表面也通過接觸孔連接到發射極；第二溝槽柵連接控制信號，在IGBT器件導通時，控制信號使第二溝槽柵將側面溝道關斷使浮空區積累載流子；在所述IGBT器件關斷時，控制信號使第二溝槽柵的側面溝道導通并積累的載流子通過泄放。本發明能同時降低器件的通態壓降以及降低器件的關斷損耗。

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路，特別是涉及一種絕緣柵雙極型晶體管(Insulated gate bipolar transistor，IGBT)器件。

背景技術

IGBT同時具有絕緣柵型場效應管(MOSFET)的電壓控制和雙極型三極管(BJT)的低導通電阻和高耐壓特性，具有電壓控制、輸入阻抗大、驅動功率小、導通電阻小、開關損耗低等多中優異特性，被廣泛應用于中、大功率電力電子系統。

如圖1所示，是現有IGBT器件的結構示意圖，以N型器件為例，現有IGBT器件包括：

形成于硅片背面的由P+區組成的集電區103，形成于所述集電區103上方的N型摻雜的緩沖層(Buffer)102，由N-摻雜區組成的漂移區101，緩沖層102的摻雜濃度大于漂移區101的摻雜濃度，緩沖層102能使漂移區101的電場降低到0，所以緩沖層103具有場阻斷(Field Stop，FS)的作用。形成于漂移區101的N-摻雜區中的P-摻雜區組成的體區(body)也即溝道區104，形成于溝道區104中的由N+摻雜區組成的源區即發射區107。

溝槽柵由形成于溝槽中的柵氧化層105和多晶硅柵106組成，多晶硅柵106穿過所述溝道區104并對所述溝道區104側面覆蓋，且被所述多晶硅柵106側面覆蓋的所述溝道區104的表面用于形成溝道。

P型摻雜的浮空區(P-float)104a形成于兩個溝槽柵之間，在浮空區104a的表面沒有形成源區。通常，浮空區104a和溝道區104都采用相同的P阱工藝形成，根據P阱形成的位置不同區分浮空區104a和溝道區104，圖1中位于虛線AA到虛線BB之間的P阱為浮空區104a，位于虛線CC到虛線DD之間的P阱為溝道區104。

在發射區107的頂部形成由穿過層間膜109的接觸孔110并通過接觸孔110連接到由正面金屬層111組成的發射極，在發射區107對應的接觸孔110的底部還形成有P+摻雜的阱接觸區108。

由于在浮空區104a的表面沒有形成源區且沒有通過接觸孔連接到發射極，故浮空區104a在器件導通時呈浮置狀態，故實現的功能和溝道區104不同。

如圖2所示，是圖1所示的IGBT器件導通時電流路徑示意圖；當多晶硅柵106加大于閾值電壓的正向偏置電壓時，溝道形成，器件導通，集電區103會連接正電壓使空穴注入到漂移區101中并形成如箭頭201所示的電流路徑，由于在浮空區104a處無法形成電流路徑，故空穴到達浮空區104a的底部之后會形成一個空穴積累層202，空穴積累層202能夠降低器件的導通壓降即通態壓降，這對器件是有利的，能進一步的提高電流密度，適合應用在大電流領域。

但是，此結構存在如下問題：

1、由于P-float104a的區域橫向面積較大，使得米勒電容Cgc增大，影響器件的開通特性及柵極過沖電壓的穩定性。

2、器件關斷時，P-float104a區域下方積累的空穴即空穴積累層202中的空穴無法及時掃出，會增加器件的關斷損耗。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種IGBT器件，具有浮空區能在器件導通時降低通態壓降，同時能降低器件的關斷損耗；還能降低器件的米勒電容。