沟槽底部电场分散式IGBT器件的制作方法

本技术涉及半导体，尤其涉及沟槽底部电场分散式igbt器件。

背景技术：

1、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)是由mos晶体管和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为mos晶体管，输出极为pnp晶体管，它融合了这两种器件的优点，既具有mos晶体管驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型晶体管饱和压降低和容量大的优点，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，特别是占据了较高频率的大、中功率管应用的主导地位。

2、在 igbt 的结构发展中，沟槽型 igbt 通过将栅极结构嵌入硅片内部，形成垂直方向的导电通道，替代了传统平面栅极结构，成为当前主流的 igbt 结构类型。从结构特点来看，沟槽型 igbt 主要具备三大优势：一是垂直沟道结构，栅极嵌入硅片内部后，电流可沿垂直方向导通，相较于平面结构缩短了导电路径；二是高单元密度，沟槽结构的设计使硅片单位面积内可集成更多的器件单元，有效降低了器件的导通电阻；三是优化的电场分布，沟槽的立体结构能够分散硅片内部的电场强度，减少局部电场集中现象，从而提升器件的击穿电压。

3、为进一步降低沟槽型igbt的导通电压，以适配更高效率的电力电子应用，现有技术中通常通过优化沟槽结构参数实现，具体表现为采用更深的沟槽深度设计以及缩小相邻沟槽之间的间距。然而，这种结构优化方式却带来了一系列技术瓶颈，成为制约沟槽型igbt向纳米级（<1μm）沟槽间距发展的关键问题：从结构加工与成型角度来看，当沟槽间距缩减至1μm以下时，对沟槽结构的尺寸精度要求大幅提升。一方面，极小的沟槽间距使得硅片上沟槽的成型难度显著增加，相邻沟槽易出现尺寸偏差、边缘不规整等问题，直接影响器件单元的一致性；另一方面，栅极嵌入沟槽后，沟槽侧壁需形成均匀的氧化层以实现绝缘与栅极保护，但在窄间距沟槽结构中，侧壁氧化层的厚度均匀性难以保证，部分区域易出现氧化层过薄或过厚的情况，影响栅极绝缘性能与器件稳定性。

4、综上，现有沟槽型igbt在追求低导通电压而缩减沟槽间距至纳米级（<1μm）的过程中，面临着结构成型难度大、关键性能退化的双重瓶颈，如何通过优化沟槽型 igbt 的结构设计，在保证低导通电压的同时，解决窄间距带来的工艺成型与可靠性问题，成为当前沟槽型 igbt结构改进的核心需求。

技术实现思路

1、本实用新型针对以上问题，提供了一种降低导通压降 vce(sat)，同时增强器件短路耐受能力（scsoa）的沟槽底部电场分散式igbt器件。

2、本实用新型的技术方案是：

3、沟槽底部电场分散式igbt器件，包括从下而上依次设置的集电极金属层、p区一、n型缓冲区、n型漂移区、p区二、多个n+区和多个介质层；

4、多个所述n+区分别位于二氧化硅层侧部，底部分别与相应的p+区连接；

5、所述介质层从n+区顶部向下延伸至n型漂移区内；所述介质层底部宽度大于p区二内介质层宽度；

6、所述介质层内设有：

7、绝缘区，位于所述n型漂移区的介质层内，所述绝缘区与介质层之间设有第一间距；

8、栅极区，从所述介质层靠近顶部区域向下延伸至绝缘区内，与所述p区二处介质层内侧壁设有第二间距；所述第一间距大于第二间距；

9、所述p区二顶部设有多个向下延伸的p+区；所述p+区顶部端角与对应所述n+区连接；

10、所述介质层顶部设有与p+区连接的发射极金属层。

11、具体的，所述介质层包括位于n+区顶部的第一介质层和从n+区侧部向下延伸至n型漂移区的二氧化硅层；

12、所述二氧化硅层呈上窄下宽形结构。

13、具体的，所述发射极金属层厚度为4-5umalcu金属层。

14、具体的，所述集电极金属层包括ti/tin，al/alsicu或ni/ag/au。

15、具体的，所述绝缘区与介质层之间设有第一间距。

16、具体的，所述栅极区与所述p区二处介质层内侧壁设有第二间距。

17、具体的，所述第一间距大于第二间距。

18、本实用新型栅极区上窄下宽的结构在保证垂直导电通道有效性的同时，减少电流导通路径上的电阻，结合高单元密度的沟槽结构优势，进一步降低器件的导通电压，提升导电效率。p+区与n+区的合理布局、栅极区电场分布的优化，协同改善器件的整体电场分布，避免局部电场过高导致的击穿电压下降问题，在降低导通电压的同时，保障器件具有较高的击穿电压，实现低导通损耗与高耐压性能的兼顾，满足大、中功率应用场景对器件性能的严苛需求。

19、从下而上依次设置的集电极金属层、p 区一、n 型缓冲区、n 型漂移区、p区二等层状结构，保证了器件的结构完整性与各区域功能的协同性；同时，介质层内嵌入栅极区、顶部设置与p+区连接的发射极金属层的设计，实现了电极与功能区的可靠连接，减少了接触电阻，避免了因接触不良导致的局部发热、电流波动等问题。此外，多个n+区600、p+区与栅极区的分布，使电流在器件内部均匀导通与输出，提升电流输出的一致性，减少因电流分布不均导致的局部应力集中，进一步增强器件的结构稳定性与长期工作可靠性，适用于对电流稳定性要求较高的电力电子应用场景。

1.沟槽底部电场分散式igbt器件，其特征在于，包括从下而上依次设置的集电极金属层（100）、p区一（200）、n型缓冲区（300）、n型漂移区（400）、p区二（500）、多个n+区（600）和多个介质层（700）；

2.根据权利要求1所述的沟槽底部电场分散式igbt器件，其特征在于，所述介质层（700）包括位于n+区（600）顶部的第一介质层和从n+区（600）侧部向下延伸至n型漂移区（400）的二氧化硅层（710）；

3.根据权利要求1所述的沟槽底部电场分散式igbt器件，其特征在于，所述发射极金属层（a00）厚度为4-5umalcu金属层。

4.根据权利要求1所述的沟槽底部电场分散式igbt器件，其特征在于，所述集电极金属层（100）包括ti/tin，al/alsicu或ni/ag/au。

5.根据权利要求1所述的沟槽底部电场分散式igbt器件，其特征在于，所述绝缘区（b00）与介质层（700）之间设有第一间距。

6.根据权利要求1所述的沟槽底部电场分散式igbt器件，其特征在于，所述栅极区（800）与所述p区二（500）处介质层（700）内侧壁设有第二间距。

7.根据权利要求1所述的沟槽底部电场分散式igbt器件，其特征在于，所述第一间距大于第二间距。