[发明专利]一种沟槽栅型IGBT结构

说明书

本发明提供了一种沟槽栅型IGBT结构，所述IGBT结构包括：N型参杂发射区(11)、所述P型掺杂深结区(10)、多晶硅假栅极结构(7)；所述多晶硅假栅极结构(7)与所述N型参杂发射区(11)相连，且所述多晶硅假栅极结构(7)的底部插入所述P型掺杂深结区(10)。本发明通过增加多晶硅假栅极结构(7)，降低PNP分量，增强电导调制效应，降低芯片的饱和压降，同时多晶硅假栅极结构(7)与背面金属电极(4)距离近，并与N型掺杂发射区(11)相连，可以有效降低沟槽栅型IGBT芯片元胞区域的传输电容，从而降低IGBT芯片的动态损耗，提升整体性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种沟槽栅型IGBT结构。

背景技术

IGBT可分为两个区域：一个是双极型pnp区域，一个是pin区域。在晶体管区域，IGBT的行为就像一个在饱和模式的pnp晶体管，IGBT的集电极端对应pnp晶体管的发射极端。在pin区域，IGBT行为像pin二极管。

在pnp晶体管区域，载流子浓度在J1结最高，并向J2结方向减少；在J2结几乎减小到零。在栅极下方的区域，具有与理想pin二极管相同的载流子分布，因此称为pin区域；MOS管的沟道为理想发射极，提供电子流，并在栅极下方形成电子积累层。由图1可知，pin区域的载流子分布明显高于pnp晶体管区域。pin区域比例越大，载流子浓度越高，IGBT通态压降越低。IGBT通态可理解为MOS+pin，IGBT截止可理解为pnp管。

沟槽栅IGBT截面示意图见图1，与平面栅IGBT相比，沟槽栅IGBT的特点为栅结构由横向变为纵向；pnp区减小，pin区增加；发射极侧的载流子浓度提高，通态压降降低。沟槽栅IGBT与平面栅IGBT载流子分布见半导体功率器件物理特性(Semiconductor PowerDevices-Physics,Characteristics,Reliability)328页，图10.11。

IGBT的饱和电流降决定IGBT的短路电流大小，饱和电流I_csat由下式给出：

式中α_pnp为pnp管电流增益，W为沟道的宽度，L为沟道的长度，C_ox为单位面积电容，μ_n为电子迁移率，V_G为栅极电压，V为阈值电压。

沟槽栅IGBT与平面栅元胞相比，沟道由横向变为纵向，发射极侧的载流子浓度提高，优化了空穴流路径；导致沟槽栅IGBT通态压降降低，抗闩锁能力增强，为其优点。

但沟槽栅IGBT也有缺点，与平面栅元胞相比，沟槽栅IGBT沟道宽/长比增大，短路电流增大，因此易发生短路失效；另外沟槽栅IGBT沟道宽度增大，输入电容增大，开通损耗Eon增大。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的沟槽栅IGBT压降低，传输电容大，器件损耗大的问题，本发明提供一种沟槽栅型IGBT结构，可以降低PNP分量，增强电导调制效应，降低芯片的饱和压降，降低传输电容。

本发明提供的技术方案是：

一种沟槽栅型IGBT结构，所述IGBT结构包括：N型参杂发射区(11)、所述P型掺杂深结区(10)、多晶硅假栅极结构(7)；

所述多晶硅假栅极结构(7)与所述N型参杂发射区(11)相连，且所述多晶硅假栅极结构(7)的底部插入所述P型掺杂深结区(10)。

优选的，所述IGBT结构还包括正面金属电极(12)；

所述多晶硅假栅极结构(7)为“T”形，所述“T”形的“一”部通过正面金属电极(12)与所述N型参杂发射区(11)相连，“T”形的“丨”部插入所述P型掺杂深结区(10)。