[發明專利]一種具有多晶硅二極管柵極結構的浮空P區CSTBT器件

在審

• 申請號: 202110705609.9
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113437141A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 李澤宏;胡汶金;趙一尚;曾瀟;萬佳利;吳玉舟;陳建鵬;于洋;張春英
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;四川廣義微電子股份有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;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: 霍淑利

本發明涉及一種具有多晶硅二極管柵極結構的浮空P區CSTBT器件，屬于功率半導體器件技術領域。本發明基于傳統FP?CSTBT結構，在利用CS層以及浮空P區有效降低器件導通壓降的基礎上，一方面在溝槽中設置二極管柵極結構，利用溝槽內PN結的結電容進一步屏蔽柵極和集電極，實現更小的密勒電容，優化器件的開關特性；另一方面增加P型poly柵極周圍的柵氧化層厚度，進一步減小器件的密勒電容的同時優化溝槽底部及拐角處的電場，從而更好地實現功率器件導通壓降與關斷損耗之間的折中關系。

技術領域

本發明屬于功率半導體器件技術領域，具體涉及一種具有多晶硅二極管柵極結構的浮空P區CSTBT器件。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管(Insulated-Gate Bipolar Transistors，IGBT)綜合了場控器件和雙極型器件的優點，既具有MOSFET輸入阻抗高、柵極易驅動等特點，又具有雙極型晶體管電流密度大、功率密度高等優勢，目前被廣泛應用于軌道交通、新能源汽車、智能電網、風力發電等領域。由于應用環境和電路拓撲結構的需求，IGBT一直沿著降低器件開關功耗、提高器件工作頻率以及提高器件可靠性的趨勢發展。

IGBT作為一種雙極型器件，在導通時會發生電導調制效應，從而大幅度提高漂移區內的載流子濃度，降低器件的正向導通壓降和通態損耗，尤其是在中高壓應用領域其優勢更加明顯。但是，在大幅度降低正向導通壓降的同時，過多的存儲載流子將導致關斷時的抽取過程變長，電流拖尾顯著增大，從而大幅度增加IGBT的關斷損耗。因此，改善器件導通壓降與關斷損耗的矛盾關系已經成為了當前研究的熱點。為了降低IGBT的導通壓降，一方面利用溝槽柵極結構取代傳統的平面柵IGBT結構，消除了傳統IGBT的JFET區域，極大地減小了器件的導通電阻，降低了器件的靜態功耗；另一方面在采用溝槽柵極的基礎上，在兩溝槽之間引入浮空P區結構(即該區域未與發射極作歐姆接觸)，增強了器件的電子注入效應從而進一步減小器件的導通壓降。為了改善器件導通壓降與關斷能量損耗之間的折中關系，通常采用具有場截止(Field Stop，FS)技術以及載流子存儲(Carrier Store，CS)技術從而實現IGBT導通壓降以及關斷能量損耗之間的更好地優化。傳統的FP-CSTBT(如圖1所示)雖然可利用CS層以及浮空P區有效減小器件的導通壓降，但浮空P區的存在會引入較大的位移電流，從而影響器件的EMI噪聲，同時漂移區內的大量的載流子也會增大器件關斷時間。因此，亟需開發出一種能夠更好地實現器件導通壓降與關斷損耗的矛盾關系的優化的IGBT器件。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術存在的問題，提供一種具有多晶硅二極管柵極結構的浮空P區CSTBT器件，以進一步改善導通壓降和關斷損耗之間的折中關系。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種具有多晶硅二極管柵極結構的浮空P區CSTBT器件，其元胞結構包括從下至上依次層疊設置的金屬集電極1、P+集電區2、N型緩沖層3、N型漂移區4和金屬發射極13；

所述N型漂移區4的頂層具有間隔設置的溝槽柵極結構，溝槽柵結構一側的所述N型漂移區4的頂層具有浮空P區9，溝槽柵極結構另一側的所述N型漂移區4的頂層具有P型基區6，所述P型基區6的頂層具有側面相互接觸的P型重摻雜區7和N型重摻雜區8，所述P型基區6下方的所述N型漂移區4中具有N型載流子存儲層5；

所述溝槽柵極結構包括氧化層12以及從上至下依次設置的N+柵極10和P+柵極11；所述N+柵極10與N型載流子存儲層5、P型基區6、N型重摻雜區8和浮空P區9之間均具有所述氧化層12，所述P+柵極11與N型漂移區4之間具有氧化層12；

所述N型重摻雜區8的第一部分、所述溝槽柵極結構以及所述浮空P區9上具有氧化層12，所述金屬發射極13位于所述N型重摻雜區8的第二部分、所述P型重摻雜區7和所述氧化層12上。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。