[發明專利]一種溝槽柵IGBT半導體器件及其制備方法

在審

• 申請號: 201911005590.6
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110797405A
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 上海睿驅微電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 32224 南京縱橫知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱遠楓

本發明提供了一種溝槽柵IGBT半導體器件及其制作方法，半導體器件包括半導體襯底和位于半導體襯底表面內的溝槽柵結構和虛設溝槽柵結構；其中，虛設溝槽柵結構位于兩個溝槽柵結構之間，溝槽柵結構包括覆蓋在溝槽內表面上和上表面的氧化層及填充在溝槽中的多晶硅；虛設溝槽柵之間為埋入的P型基區，虛設溝槽柵結構包括摻雜區，摻雜區位于P型基區表面并且直接連接到發射極電極；在P型摻雜區下表面形成n型空穴阻擋層。本發明通過n型空穴阻擋層位于虛設溝槽柵的P基區下方，以避免空穴流向發射極；這種結構將空穴存儲在虛擬溝槽柵單元下，在不犧牲任何IGBT性能的情況下，寄生電容會顯著降低，進而縮短逆變器的死區時間。

技術領域

本發明屬于電力半導體技術領域，具體涉及一種溝槽柵IGBT半導體器件，本發明還涉及該種半導體器件的制備方法。

背景技術

IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。通過提供晶體管基極電流使IGBT導通；反之，若提供反向門極電壓則可消除溝道、使IGBT因流過反向門極電流而關斷。IGBT集GTR通態壓降小、載流密度大、耐壓高和功率MOSFET驅動功率小、開關速度快、輸入阻抗高、熱穩定性好的優點于一身，因此備受人們青睞。它的研制成功為提高電力電子裝置的性能，特別是為逆變器的小型化、高效化、低噪化提供了有利條件，使其能夠用于機車列車、電動汽車列車和混合動力電動汽車。太陽能和風能等可再生能源領域的增長導致了對大功率IGBT的需求。

IGBT作為電能變換裝置如逆變器等，影響其使用的一個重要參數就是死區時間，死區時間設置過小會造成橋路直通，導致器件發生短路而失效；死區時間設置過大會造成信號波形失真，輸出效率嚴重降低，對感應電機的穩定性也會帶來不利影響。

以兩電平半橋逆變單元為例，如圖1(a)所示，同一橋臂上下兩管控制信號為一對互補信號，實際工作中，由于IGBT關斷時間的存在，使得T1管從柵極關斷到集電極電流關斷存在一定延時，在這段延時內，由于T2管開始導通，容易造成橋路直通，導致較大的回路電流尖峰，進而通過回路雜散電感LS在IGBT兩端產生較大電壓尖峰，一旦超過其額定阻斷電壓，將使IGBT發生雪崩擊穿而失效，引發整個裝置的故障。因此，必須對逆變器等電能變換裝置中同一橋臂的開關互補控制信號之間加入一定的延時，稱之為死區時間

tdead，使得在該時間內同一橋臂上的一管完全關斷而另一管還未開通。這樣就避免了橋路直通的發生。

因此，盡可能縮短逆變器的死區時間，而不發生橋路擊穿，保證系統安全穩定和較高轉換效率是非常有必要的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是在保證系統安全穩定和轉換效率的前提下，如何盡可能縮短逆變器的死區時間，而不發生橋路擊穿，提供一種溝槽柵IGBT半導體器件及其制備方法。

一方面，本發明提供一種溝槽柵IGBT半導體器件，其特征在于，包括：半導體襯底和位于半導體襯底表面內的溝槽柵結構和虛設溝槽柵結構；其中，虛設溝槽柵結構位于兩個溝槽柵結構之間，溝槽柵結構包括覆蓋在溝槽內表面上和上表面的氧化層及填充在溝槽中的多晶硅；所述半導體襯底包括n型摻雜區和位于底層之上的P型摻雜區；所述P型摻雜區被溝槽柵結構和虛設溝槽柵結構分成多個間隔區域，

所述虛設溝槽柵之間的P型摻雜區形成P型基區，所述虛設溝槽柵結構包括摻雜區，所述摻雜區位于P型基區表面并且直接連接到發射極電極；在所述P型摻雜區下表面形成n型空穴阻擋層。

進一步地，所述半導體襯底包括n型摻雜區和位于底層之上的P型摻雜區，所述n型摻雜區通過對半導體襯底進行n型摻雜,所述P型摻雜區通過向半導體襯底表面注入p型雜質形成。