[發明專利]具有復合柵的IGBT芯片

有效

• 申請號: 201810149376.7
• 申請日: 2018-02-13
• 公開（公告）號: CN108538910B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 劉國友;朱春林;朱利恒
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/423
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;陳偉

本發明公開了一種具有復合柵的IGBT芯片，包括晶圓基片以及形成在晶圓基片上的若干個依次排列的元胞，元胞包括兩個軸對稱的復合柵單元；復合柵單元包括設置于晶圓基片上的源極區和柵極區，柵極區包括設置于源極區兩側的平面柵極區和溝槽柵極區；溝槽柵極區包括溝槽柵和輔助子區。本發明提供的具有復合柵的IGBT芯片，通過將平面柵極和溝槽柵極復合于同一元胞，從而大幅度提升芯片密度并保留溝槽柵低通耗，高電流密度和平面柵寬安全工作區的特性。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種具有復合柵的IGBT芯片。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是由雙極型三極管(BJT)和絕緣柵型場效應管(MOSFET)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，由于其具有通態壓降低，電流密度大，輸入阻抗高以及響應速度快等特點，被廣泛應用于軌道交通、智能電網、工業變頻以及新能源開發等領域。

現有的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的柵極通常為平面柵或溝槽柵。當絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的柵極為平面柵時，則絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)制作工藝簡單，對制成設備要求較低，且平面柵的耐壓性較好；但由于平面柵溝道區在表面，溝道密度受到芯片表面積大小限制，因此平面柵的電導調制效應較弱，從而使得其導通壓降較高。當絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的柵極為溝槽柵時，將溝道由橫向轉化為縱向，從而實現一維電流通道，有效消除平面柵溝道中的JFET效應，同時使溝道密度不再受芯片表面積限制，大大提高元胞密度從而大幅度提升芯片電流密度；但隨著溝槽柵密度的增加，芯片飽和電流過大，弱化了芯片的短路性能，從而影響了芯片的安全工作區，同時也降低了芯片的耐壓能力。

因此，現如今亟需一種耐壓能力大，同時又可以很好的避免芯片飽和電流過大，影響芯片的安全工作區的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)芯片。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有的絕緣柵雙極型晶體管芯片不能在大幅度提升芯片電流密度的同時保證具有較大的耐壓能力和寬安全工作區。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種具有復合柵的IGBT芯片，包括晶圓基片以及形成在所述晶圓基片的上表面若干個依次排列的元胞，所述元胞包括兩個相互對稱的復合柵單元；

所述復合柵單元包括設置于所述晶圓基片上的源極區和柵極區，所述柵極區包括設置于所述源極區兩側的平面柵極區和溝槽柵極區；

所述溝槽柵極區包括位于所述晶圓基片上的溝槽柵子區以及位于所述溝槽柵子區上方的輔助子區，所述溝槽柵子區包括設置于所述晶圓基片上的溝槽、設置于所述溝槽內表面的第一氧化層以及填充于所述溝槽內形成溝槽柵極的多晶硅，所述輔助子區包括形成于所述晶圓基片上表面的第二氧化層、形成于所述第二氧化層上的多晶硅以及包圍述第二氧化層上多晶硅外表面的絕緣層，所述溝槽內的多晶硅與所述輔助子區的多晶硅相連。

優選的是，所述平面柵極區包括位于所述晶圓基片上表面的第三氧化層、位于所述第三氧化層上形成平面柵極的多晶硅以及包圍所述第三氧化層上多晶硅外表面的絕緣層。

優選的是，所述源極區包括：

設置于所述平面柵極區和所述溝槽柵極區之間的P+區；

設置于所述P+區上方兩側的第一N+區和第二N+區；

設置于所述P+區下的P阱區；

以及設置于所述P阱區下的N阱區。

優選的是，所述第一N+區位于所述平面柵極區下方，所述第二N+區位于溝槽柵極輔助子區下方。

優選的是，所述源極區還包括覆蓋所述平面柵極區、所述溝槽柵極區以及所述P+區的金屬層。

優選的是，所述金屬層與所述第一N+區和第二N+區接觸連接。