[发明专利]一种变形槽栅介质的CSTBT器件

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率技术领域，涉及绝缘栅双极型晶体管（Insulate Gate Bipolar Transistor，简称IGBT），特别涉及沟槽栅双极型晶体管（Trench型IGBT），尤其是载流子存储沟槽双极型晶体管（carrier stored trench bipolar transistor，简称CSTBT）。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管IGBT既有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极型功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点，所以被广泛应用于电磁炉、UPS不间断电源、汽车电子点火器、三相电动机变频器、电焊机开关电源等产品中作为功率开关管或功率输出管，市场前景非常广阔。IGBT产品是电力电子领域非常理想的开关器件，它集合了高频、高压、大电流三大技术优势，同时又能够实现节能减排，具有很好的环境保护效益。

自20世纪80年代初期，IGBT器件研制成功以来，其工艺技术和参数不断改进和提高，IGBT器件已由第一代发展到第六代，其电性能参数日益完善。当前，Trench型IGBT由于其高电流密度和更小的导通损耗正逐步取代Planar型IGBT成为IGBT产品的主流方向。载流子存储沟槽双极型晶体管CSTBT如图1所示，在传统Trench-IGBT基础上，增加一层载流子储存层，能进一步优化载流子浓度分布，从而进一步降低导通损耗，增加器件的电流能力，更好的实现了导通损耗与关断损耗的折中关系，使器件的性能进一步提高，已经逐步取代平面型IGBT成为市场上IGBT产品的主流方向。但是Trench型IGBT如CSTBT，当器件承受耐压时，大量的电流在沟槽边缘积聚，产生大的电场，很容易在沟槽边缘尤其是沟槽末端边缘处击穿，从而制约了Trench型IGBT的耐压特性。

发明内容

本发明提出一种变形槽栅介质的CSTBT器件，旨在不影响其他性能参数的同时，提高CSTBT器件的击穿电压，进一步优化CSTBT的综合性能。

本发明的技术方案如下：

一种变形槽栅介质的CSTBT器件，其元胞结构如图2~4所示，包括金属有源发射极1、金属栅电极2、金属集电极3、N+有源区4、P型基区5、P+体区6、栅介质层7、N型载流子存储层8、N-漂移区9、N+电场终止层10、P+集电区11和多晶硅栅极12；金属化集电极3位于P+集电区11的背面，N+电场终止层10位于P+集电区11的正面，N-漂移区9在N+电场终止层10的上方；N+有源区4和P+体区6相互接触且并排位于金属有源发射极1的下方并与金属有源发射极1相连；P型基区5位于N+有源区4和体P+区6的下方，N型载流子存储层8位于P型基区5和N-漂移区9之间；栅极结构为沟槽型栅，包括金属栅电极2、栅介质层7和多晶硅栅极12，多晶硅栅极12向下穿过N+有源区4、P型基区5和N型载流子存储层8并延伸入N-漂移区9，多晶硅栅极12的上表面与金属栅电极2相连，多晶硅栅极12的侧面及地面被栅介质层7包围，栅介质层7的侧壁分别与N+有源区4、P型基区5、N型载流子存储层8和N-漂移区9接触。所述P型基区5下方的栅介质层7的侧壁以及底部的厚度大于P型基区5以上的栅介质层7的侧壁的厚度。

上述技术方案中，需要进一步说明的是，满足P型基区5下方的栅介质层7的侧壁以及底部的厚度大于P型基区5以上的栅介质层7的侧壁的厚度条件时，多晶硅栅极12的底部剖面形状可以是倒三角形（如图2所示）、阶梯形（如图3所示）或圆弧形。具体实施时，栅介质层7材料可采用SiO₂、Si₃N₄、HfO₂或苯并环丁烯。

本发明的实质是在传统CSTBT器件基础上，改变槽内沟道区（P型基区5）下方栅介质层7的形状，使沟槽底部的多晶硅栅极12被更多的栅介质层7所包围。下面结合附图说明本发明的工作原理。