[实用新型]一种IGBT器件

说明书

本实用新型揭示了一种IGBT器件，半导体基板中心区设有元胞区，半导体基板的第一主面设有包围环绕元胞区的终端保护区，半导体基板的第二主面上方设有第二导电类型集电极区，第二导电类型集电极区的上方设有第一导电类型场终止层，元胞区内的元胞设有沟槽结构，元胞沟槽由第一主面经第二导电类型阱层延伸至半导体基板内的第一导电类型外延层内，元胞沟槽内填充有栅极导电多晶硅，栅极导电多晶硅与元胞沟槽内壁之间设有绝缘栅氧化层。本实用新型延长了沟道长度，降低了饱和电流，从而提高了Tsc，增加了短路电流安全工作区，此外，本实用新型沟槽下方采用超结结构，可以降低漂移区电阻率，从而降低Vce。同时在器件关断时，因超结结构可以加速载流子抽取速度，从而降低Eoff。

技术领域

本实用新型属于半导体器件的技术领域，涉及一种功率IGBT器件及其制造方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)，因其大电流导通压降低，广泛应用于各种大电流开关转换中，例如新能源车电控系统逆变器采用的主流功率器件就是IGBT。该应用对于IGBT的开关损耗特别高，对应的IGBT关键参数为导通压降Vce及Eoff，同时该应用对短路安全工作有很高的要求，对应IGBT的关键参数为短路承受时间Tsc。实际应用中，我们的目标是获得尽可能低的Vce和Eoff，以及更长的Tsc。其中为了获取更低的 Vce可以通过增加沟道密度，降低漂移区电阻率，设置载流子存储层来实现；降低Eoff可以通过降低背面集电极注入效率，加快载流子抽取速度等措施来实现； Tsc与饱和电流成反方向关系，饱和电流越大，能够承受的Tsc越短。

例如，专利US9299819B2提出通过降低沟道密度来降低饱和电流，提高Tsc；通过设置分裂栅降低沟槽间漂移区电阻率，同时设置载流子存储层，从而降低 Vce。随着应用的要求越来越高，对Vce及Eoff降低幅度要求越来越高，同时对短路安全工作区要求也越来越高，专利US9299819B2所提供的方法面临越来越多的挑战，因此如何进一步降低功率IGBT器件导通损耗和开关损耗，同时进一步提高短路安全工作区成为本技术领域技术人员的重要研究方向。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是实现一种降低Vce和Eoff，同时进一步提高Tsc的IGBT器件。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种IGBT器件，在所述IGBT器件的发射极的俯视平面上，包括位于半导体基板的元胞区和终端保护区，所述终端保护区位于元胞区的外圈，且终端保护区环绕包围元胞区，所述元胞区内包括若干规则排布且相互平行并联设置的元胞，在所述IGBT器件的截面上，半导体基板具有相对应的第一主面与第二主面，所述第二主面上方设有一层第二导电类型集电极区，所述第二导电类型集电极区上方设有第一导电类型场终止层，所述元胞区内的元胞设有沟槽结构，所述元胞沟槽由第一主面经第二导电类型阱层延伸至半导体基板内的第一导电类型外延层内，所述元胞沟槽内填充有栅极导电多晶硅，所述栅极导电多晶硅覆盖至元胞沟槽槽口附近的第一主面上方，形成T型槽栅导电多晶硅，所述T型槽栅导电多晶硅与第一主面以及元胞沟槽内壁之间均设有绝缘栅氧化层。

相邻元胞沟槽的侧壁上方设有第一导电类型发射极区，第一导电类型发射极区位于第二导电类型阱层的上部，P+层位于第二导电类型阱层下方，所述第二导电类型阱层、P+层与第一导电类型外延层之间均设有载流子存储层，所述元胞沟槽与第二主面之间的第一导电类型外延层内设有P柱，所述P柱位于元胞沟槽底部正下方，P柱深度最深可以深入第一导电类型场终止层，但不能穿过第一导电类型场终止层与第二导电类型集电极区电接触。

所述T型槽栅导电多晶硅上覆盖有绝缘介质层，所述绝缘介质层上方设有金属连线，所述金属连线穿过绝缘介质层上的接触孔与P+层和第一导电类型发射极区接触，所述T型槽栅导电多晶硅与金属连线之间通过引线孔及位于引线孔内的填充金属连接，所述金属连线上方设有设置有钝化层，所述钝化层上设有裸露金属连线的金属线窗口。