一种沟槽栅IGBT器件的制作方法

一种沟槽栅igbt器件
技术领域
1.本发明涉及igbt器件领域，具体地涉及一种沟槽栅igbt器件。


背景技术：

2.igbt(insulated gate bipolar transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。gtr饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；mosfet驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。igbt综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600v及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
3.绝缘栅双极晶体管(igbt)开关过程中漂移区电场浓度容易被高浓度载流子所调制，因此容易在较高的关断电流密度下发生动态雪崩，产生额外的空穴和电子电流，导致其rbsoa(反向偏置安全工作区)能力下降，尤其是在高dc电压情形下，这种情况容易变得恶劣。特别地，在沟槽栅igbt中，由于沟槽栅深入到漂移区体内，其底部电场峰值较高，导致动态雪崩往往首先发生在该处，使高压igbt极易发生动态雪崩，并由此导致安全工作能力变弱。
4.为改善绝缘栅双极晶体管(igbt)的安全工作soa)，增大其抗闩锁能力，通常在其阴极引入深的、高掺杂的p 基区。在igbt关断期间该深p 基区主要作用为：第一，在关断期间有效地收集空穴，减小经由igbt沟道区进入阴极的空穴的数目，防止早期的寄生晶闸管闩锁；第二通过侧向延伸p 基区，减小n 源区下的p基区电阻，减小寄生晶闸管闩锁效应。
5.现有技术中，主要通过增大p 区可以增加由它流出igbt阴极的空穴电流，由此使igbt抗闩锁能力增强，进而增强其安全工作区。然而，增大p 区实际上也削弱了igbt阴极电子注入能力，显而易见会导致igbt导通压降增大。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种沟槽栅igbt器件，提升沟槽栅igbt的安全工作区。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种沟槽栅igbt器件，包括从下到上依次设置的阳极区、缓冲区、漂移区、n阱区和p阱区，还包括从上到下贯穿所述n阱区和p阱区且伸入所述漂移区的沟槽栅以及设置在所述漂移区顶部与所述n阱区连接的深p阱区。
8.其中，所述深p阱区的结深大于所述沟槽栅的结深。
9.其中，所述深p阱区的结深与所述沟槽栅的结深差值为7um～8um。
10.其中，所述深p阱区与所述结深大于等于结宽。
11.其中，所述深p阱区的纵截面为半椭圆形或梯形。
12.其中，所述深p阱区与相邻的两个所述沟槽栅的横向间距相等。
13.其中，所述阳极区为n 接触分区与p型接触分区横向交替设置的阳极区。
14.其中，所述n 接触分区的掺杂浓度为1e19cm-3～1e21cm-3。
15.其中，多个所述深p阱区沿着与所述沟槽栅的横向延伸方向周期性间隔设置。
16.其中，还包括设置在所述漂移区、包围所述沟槽栅的假栅底部且顶部与所述n阱区连接的假栅深p阱区。
17.本发明实施例提供的沟槽栅igbt器件，与现有技术相比较具有以下有益效果：
18.所述沟槽栅igbt器件，通过在igbt器件的漂移区设置与n阱区连接的深p阱区，由于深p阱区处在沟槽栅igbt非沟道区，可以将沟槽栅氧化层底部的电场峰值转移至深p阱区，使雪崩击穿点远离寄生晶闸管电流通路，进而提升沟槽栅igbt的安全工作区，提升igbt器件的性能，结构简单，增加成本较少。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
20.图1为本技术提供的沟槽栅igbt器件的一个实施例的结构示意图；
21.图2为本技术提供的沟槽栅igbt器件的另一个实施例的结构示意图；
22.图3为本技术提供的沟槽栅igbt器件的再一个实施例的俯视图结构示意图；
23.图4为本技术提供的沟槽栅igbt器件的又一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.如图1-4所示，图1为本技术提供的沟槽栅igbt器件的一个实施例的结构示意图；图2为本技术提供的沟槽栅igbt器件的另一个实施例的结构示意图；图3为本技术提供的沟槽栅igbt器件的再一个实施例的俯视图结构示意图；图4为本技术提供的沟槽栅igbt器件的又一个实施例的结构示意图。
26.在一种具体实施方式中，本发明提供的沟槽栅igbt器件，包括从下到上依次设置的阳极区10、缓冲区20、漂移区30、n阱区40和p阱区50，还包括从上到下贯穿所述n阱区40和p阱区50且伸入所述漂移区30的沟槽栅60以及设置在所述漂移区30顶部与所述n阱区40连接的深p阱区70。
27.通过在igbt器件的漂移区30设置与n阱区40连接的深p阱区70，由于深p阱区70处在沟槽栅60igbt非沟道区，可以将沟槽栅60氧化层底部的电场峰值转移至深p阱区70，使雪崩击穿点远离寄生晶闸管电流通路，进而提升沟槽栅60igbt的安全工作区，提升igbt器件的性能，结构简单，增加成本较少。
28.本发明中在沟槽栅60igbt非沟道区引入深p阱区70结构，依靠其较深的结深及较小的曲率半径，将沟槽栅60氧化层底部的电场峰值转移至深p阱区70结构底部，使雪崩击穿点远离寄生晶闸管电流通路，进而提升沟槽栅60igbt的安全工作区。
29.为了进一步提高提升沟槽栅60igbt的安全工作区的效果，一般所述深p阱区70的结深大于所述沟槽栅60的结深。
30.本发明对于深p阱区70的结深与所述沟槽栅60的结深不做限定，可以按照不同的尺寸以及功能的igbt器件进行分别设定，一般，所述深p阱区70的结深与所述沟槽栅60的结深差值为7um～8um。
31.为了减少对于器件正常导通的影响，一般所述深p阱区70与所述结深大于等于结宽，即形成的深p阱区70为竖直方向的扁长结构，本发明对其具体的形状以及尺寸不做限定，所述深p阱区70的纵截面可以为半椭圆形，也可以为梯形或者其它形状。
32.由于在igbt器件工艺流程中会大规模进行制作，而在单个igbt器件中，栅极的数量同样会设置多个，为了降低工艺难度，提高器件性能，一般所述深p阱区70与相邻的两个所述沟槽栅60的横向间距相等。
33.如果深p阱区70与相邻的两个所述沟槽栅60的横向间距不相等，必然偏向其中一个，如果在结构设计之时就是这种结构，很容易使得深p阱区70与相邻的栅融合，即使不发生融合，深p阱区70两侧的电场分布差别也会很大，电流分布均匀性会变差，最大电流会变小，以及会造成其他的一些负面效果。
34.更进一步，为了提高器件的性能，在一个实施例中，所述阳极区10为n 接触分区21与p型接触分区22横向交替设置的阳极区10优选的，所述n 接触分区的掺杂浓度为1e19cm-3～1e21cm-3。
35.本发明对于n 接触分区21与p型接触分区22的横向尺寸不做限定，对于二者的结深不做限定，该结构即可将一个反并联的二极管集成进igbt元胞内，形成一种新型的逆导型igbt，一般二者的横向尺寸可以根据对器件的性能要求设定，优选的二者的结深相等。
36.本发明对于n 接触分区21的掺杂浓度以及掺杂方式不做限定。
37.在本发明中，由于浮空深p阱区70结深较深，曲率半径较小，因此在igbt处于反向阻断或开关过程中，电场峰值将集中在它的底部，通过这种方式浮空深p阱区70可以降低n阱及沟槽底部的电场峰值，使雪崩击穿点由沟槽底部向浮空深p阱区70下方转移。这样，当igbt发生动态雪崩时，雪崩产生的空穴将通过浮空p区附近的阴极金属流出，远离寄生晶闸管，从而提高igbt的动态雪崩抗性；实际上该结构通过引入浮空深p阱区70使igbt元胞区击穿电压稍微降低，从而将击穿点从沟槽底部转移到浮空深p阱区70底部。
38.更进一步，为了进一步优化结构，进一步稳定控制浮空深p阱区70击穿电压，在一个实施例中，多个所述深p阱区70沿着与所述沟槽栅60的横向延伸方向周期性间隔设置。
39.通过对浮空深p阱区70在沟槽延伸方向进行周期性间断设置，使得深p阱区70与n漂移区30的pn结由连续型的圆柱形结变为圆柱形结加两端的球形结，由于球形结曲率半径更小，从而使得浮空p阱区50的击穿电压在降低的同时，更加容易控制，通过调节两浮空p阱区50之间的间距，可方便调节该igbt元胞击穿电压。如上所述，当浮空深p阱区70击穿电压略低于沟槽底部击穿电压时，它即可对沟槽底部氧化层形成保护。
40.本发明对于浮空深p阱区70在沿着与所述沟槽栅60的横向延伸方向周期性间隔设置的周期间隔不做限定，一般为等间距设置，间距随工作人员对于器件的性能要求设定。
41.在沟槽栅60igbt中沟槽栅60极可分为两种，一种是实际栅极(真栅)，控制电子沟道的产生与消失；另一种为假栅(dummy gate)它可以浮空或接地，不直接参与电子沟道产
生于消失。
42.为了进一步提高器件的性能，为降低沟槽栅60底部发生动态雪崩的几率，将沟槽栅60igbt体内所有假栅底部增加浮空p型区，而在真栅底部则不设置这种浮空p型区，以防止电子通道被该浮空p型区夹断。即在一个实施例中，所述沟槽栅60igbt器件还包括设置在所述漂移区30、包围所述沟槽栅60的假栅底部且顶部与所述n阱区40连接的假栅深p阱区80。
43.通过这种方式，一方面假栅底部氧化层被中型p区良好的保护，不会发生雪崩击穿；另一方面通过合理的控制假栅与真栅之间的距离d，即可通过该浮空p型区降低真栅氧化层底部的电场峰值，如此可在igbt处于阻断状态或开关状态时，将雪崩击穿点由真栅底部转移至浮空p区底部，进而降低igbt发生因动态雪崩而闩锁的危险，提高其安全工作区。
44.综上所述，本发明实施例提供的沟槽栅igbt器件，通过在igbt器件的漂移区设置与n阱区连接的深p阱区，由于深p阱区处在沟槽栅igbt非沟道区，可以将沟槽栅氧化层底部的电场峰值转移至深p阱区，使雪崩击穿点远离寄生晶闸管电流通路，进而提升沟槽栅igbt的安全工作区，提升igbt器件的性能，结构简单，增加成本较少。
45.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
46.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。