[发明专利]一种双向IGBT器件及其制造方法

说明书

一种双向IGBT器件及其制造方法，属于功率半导体器件技术领域。本发明通过在器件正背面沟槽内栅电极的底部和侧面引入与金属电极等电位的电极以及介质层，在不影响IGBT器件阈值电压和开通的情况下，实现了对称的正、反向特性，提高了双向IGBT器件正、反向的开关速度，降低器件的开关损耗；改善了整个N型漂移区的载流子浓度分布，改善了正向导通压降和开关损耗的折中；减小了器件的饱和电流密度，改善了器件的短路安全工作区，改善了沟槽底部电场的集中，提高了器件的击穿电压，进一步提高了器件的可靠性；本发明所提出的双向IGBT制作方法不需要增加额外的工艺步骤，与传统双向IGBT的制作方法兼容。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，具体涉及双向沟槽栅绝缘栅双极型晶体管(Bi-directional trench IGBT)。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种MOS场效应和双极型晶体管复合的新型电力电子器件。它既有MOSFET易于驱动，控制简单的优点，又有功率晶体管导通压降低，通态电流大，损耗小的优点，已成为现代电力电子电路中的核心电子元器件之一，广泛地应用在诸如通信、能源、交通、工业、医学、家用电器及航空航天等国民经济的各个领域。IGBT的应用对电力电子系统性能的提升起到了极为重要的作用。

电能变换是电力装置的基本功能之一，根据负载要求的不同，电力装置可以完成交流到直流(AC-DC)，直流到交流(DC-AC)，直流到直流(DC-DC)和交流到交流(AC-AC)的变换。AC-AC的变换可以采用间接变换即AC-DC-AC方式，也可以采用直接变换即AC-AC的方式。在传统的AC-DC-AC间接变换系统中，需要有大容值的连接电容(电压型变换)或大感值的连接电感(电流型变换)将两部分相对独立的变换系统相连，这类系统体积大，成本高。此外，电容和电感的使用寿命远低于功率器件，这严重影响了系统的可靠性及使用年限。AC-AC直接转换系统避免了传统AC-DC-AC系统中连接电容或电感的使用，但要求功率开关具有双向开关能力。由于传统IGBT只具有单向导通和单向阻断的功能，具有双向导通双向阻断功能的IGBT双向开关是由两组反向并联的IGBT与快恢复二极管的串联结构组合而实现的。这种方案需要大量功率芯片，增加了系统成本。此外，系统内部各芯片间需要大量连线，增强了系统内部的寄生效应，影响系统可靠性。