[發(fā)明專利]具有載流子濃度增強(qiáng)的分離柵超結(jié)IGBT器件結(jié)構(gòu)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111117630.3
• 申請(qǐng)日: 2021-09-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113838922B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金平;肖翔;陳子珣;張波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué);電子科技大學(xué)廣東電子信息工程研究院
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/423;H01L29/739;H01L21/28;H01L21/331
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

1.一種具有載流子濃度增強(qiáng)的分離柵超結(jié)IGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括從下至上依次層疊設(shè)置的集電極金屬(1)、P型集電區(qū)(2)、N型場(chǎng)阻止層(3)，N型場(chǎng)阻止層(3)上方的超結(jié)N柱(5)、和超結(jié)N柱(5)接觸的超結(jié)P柱(4)，位于超結(jié)N柱(5)上方的第一溝槽結(jié)構(gòu)，第一溝槽結(jié)構(gòu)包括溝槽柵結(jié)構(gòu)和分離柵結(jié)構(gòu)；

所述溝槽柵結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層(6)、柵介質(zhì)層(6)內(nèi)的多晶硅柵電極(7)，所述溝槽柵結(jié)構(gòu)右側(cè)具有分離柵結(jié)構(gòu)，所述分離柵結(jié)構(gòu)包括分離柵介質(zhì)層(15)、分離柵介質(zhì)層(15)內(nèi)的分離柵電極(14)；所述超結(jié)P柱(4)上方具有P型浮空區(qū)(13)，所述超結(jié)N柱(5)上部具有P型基區(qū)(8)；P型基區(qū)(8)位于溝槽柵結(jié)構(gòu)左側(cè)，P型浮空區(qū)(13)位于分離柵結(jié)構(gòu)右側(cè)，所述P型基區(qū)(8)上部具有N+發(fā)射區(qū)(9)與P+接觸區(qū)(10)；所述柵介質(zhì)層(6)、多晶硅柵電極(7)、分離柵介質(zhì)層(15)、分離柵電極(14)和P型浮空區(qū)(13)上方具有柵隔離介質(zhì)層(11)；所述柵隔離介質(zhì)層(11)上部、N+發(fā)射區(qū)(9)上部、P+接觸區(qū)(10)上部具有發(fā)射極金屬(12)；所述分離柵電極(14)與發(fā)射極金屬(12)等電位；所述多晶硅柵電極(7)的深度大于P型基區(qū)(8)的結(jié)深；所述P型浮空區(qū)(13)的深度與P型基區(qū)(8)的深度相等；所述P型浮空區(qū)(13)的摻雜濃度與P型基區(qū)(8)的摻雜濃度相等；所述P型浮空區(qū)(13)的寬度大于超結(jié)P柱(4)的寬度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有載流子濃度增強(qiáng)的分離柵超結(jié)IGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：分離柵電極(14)的深度和多晶硅柵電極(7)的深度相同，分離柵電極(14)的寬度和多晶硅柵電極(7)的寬度相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有載流子濃度增強(qiáng)的分離柵超結(jié)IGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：在P型基區(qū)(8)下方引入N型電荷存儲(chǔ)層(17)，所述N型電荷存儲(chǔ)層(17)的結(jié)深小于第一溝槽結(jié)構(gòu)的深度，所述N型電荷存儲(chǔ)層(17)的摻雜濃度超過(guò)超結(jié)N柱(5)的摻雜濃度。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有載流子濃度增強(qiáng)的分離柵超結(jié)IGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：在超結(jié)N柱(5)、超結(jié)P柱(4)兩者與N型場(chǎng)阻止層(3)之間引入N-漂移區(qū)(16)，所述N-漂移區(qū)(16)的摻雜濃度低于超結(jié)N柱(5)的摻雜濃度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有載流子濃度增強(qiáng)的分離柵超結(jié)IGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：分離柵電極(14)為L(zhǎng)型分離柵結(jié)構(gòu)，L型分離柵結(jié)構(gòu)的水平段延伸至多晶硅柵電極(7)的下方。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有載流子濃度增強(qiáng)的分離柵超結(jié)IGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：在P型基區(qū)(8)下方第一溝槽結(jié)構(gòu)左側(cè)引入N型電荷存儲(chǔ)層(17)；所述N型電荷存儲(chǔ)層(17)的結(jié)深小于第一溝槽結(jié)構(gòu)的深度，所述N型電荷存儲(chǔ)層(17)的摻雜濃度大于超結(jié)N柱(5)的摻雜濃度。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有載流子濃度增強(qiáng)的分離柵超結(jié)IGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：超結(jié)P柱(4)上方的P型浮空區(qū)(13)中引入第二溝槽結(jié)構(gòu)，所述第二溝槽結(jié)構(gòu)位于第一溝槽柵結(jié)構(gòu)右側(cè)，包括分離柵介質(zhì)層(21)、分離柵介質(zhì)層(21)內(nèi)的分離柵電極(20)；第二溝槽結(jié)構(gòu)右側(cè)超結(jié)P柱(4)的上方設(shè)有P型浮空區(qū)(19)，P型浮空區(qū)(19)上方有P+接觸區(qū)(18)，所述分離柵電極(20)與發(fā)射極金屬(12)等電位，所述第二溝槽結(jié)構(gòu)及P+接觸區(qū)(18)上方具有發(fā)射極金屬(12)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有載流子濃度增強(qiáng)的分離柵超結(jié)IGBT器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：超結(jié)P柱(4)上方的P型浮空區(qū)(13)中引入第二溝槽結(jié)構(gòu)，所述第二溝槽結(jié)構(gòu)位于第一溝槽柵結(jié)構(gòu)右側(cè)，包括分離柵介質(zhì)層(21)、分離柵介質(zhì)層(21)內(nèi)的分離柵電極(20)；第二溝槽結(jié)構(gòu)右側(cè)(4)的上方設(shè)有P型浮空區(qū)(19)，P型浮空區(qū)(19)上方有P+接觸區(qū)(18)，所述分離柵電極(20)與多晶硅柵電極(7)等電位，第二溝槽結(jié)構(gòu)上方有柵隔離介質(zhì)層(11)，P+接觸區(qū)(18)上方具有發(fā)射極金屬(12)，P型浮空區(qū)(19)當(dāng)分離柵電極(20)接?xùn)艠O信號(hào)時(shí)全部耗盡。