[发明专利]一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法

说明书

本发明提供一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法，绝缘栅双极晶体管包括：体层，所述体层包括元胞区和环绕元胞区的过渡区，所述过渡区包括汇流区；栅极结构，位于部分元胞区上或者部分元胞区中；位于汇流区上的栅汇流条，所述栅汇流条与栅极结构的部分边缘之间具有第一开口；镇流结构，位于汇流区中且延伸至第一开口底部的部分元胞区中；阱区，位于栅极结构周围的部分元胞区中，第一开口底部的体层中具有阱区，所述阱区的导电类型与所述镇流结构的导电类型相同；位于阱区的顶部区域中的源掺杂区，所述源掺杂区的导电类型与所述阱区的导电类型相反，所述源掺杂区与所述镇流结构间隔。上述绝缘栅双极晶体管能够缓解元胞区电流集中，降低闩锁风险。

技术领域

本发明涉及功率器件技术领域，具体涉及一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管由于同时具有单极性器件和双极性器件的优点，栅压可控，通态电压低，器件自身损耗小，是高压应用中的关键组件，广泛应用于铁路、电动汽车和电力传输系统的逆变器和转换器。

如图1所示，绝缘栅双极晶体管衬底包括从上到下堆叠的体层100c、缓冲区101c和集电区11c，在背面，集电区11c与集电极电极接触。在正面，从左到右分别是元胞区1c、终端区2c。元胞区1c具有阱区6c、源掺杂区7c，阱区6c环绕源掺杂区7c，源掺杂区7c和阱区6c连接到发射电极层9c。集电区、体层和阱区形成晶体管，栅电极/氧化层与晶体管一起形成金属-氧化物-半导体结构，栅电极控制流向晶体管的基极电流。

栅极开通时，位于元胞区及终端区的集电区将会向体层注入高浓度空穴，元胞区中体层内的高浓度空穴可以实现电导调制，降低导通电阻，但是终端区中体层内的高浓度空穴不会显著降低导通电阻。但是在栅极关断时，空穴需要被抽走，终端区内的空穴同样需要被抽走，由于关断时，终端区较元胞区处于高电位，终端区的空穴电流最终流向低电位元胞区，紧邻终端区的元胞区边缘的元胞区承受的空穴电流最大，当电流大到一定程度时，阱区和源掺杂区的PN结导通，芯片发生闩锁。在高温下或者极端恶劣工况如大电流关断，空穴注入增强，这些不良影响变得更加严重，会降低器件性能并可能导致热损坏。以上情况适用于所有电压范围，但超高压(击穿电压3.3kV)绝缘栅双极晶体管器件受影响更大，因为它们的终端区面积非常大，通常占总芯片面积的50％以上，元胞区边缘元胞承受的电流冲击更大。综上，现有的绝缘栅双极晶体管的闩锁风险较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于绝缘栅双极晶体管关断时，终端区空穴在元胞区边缘集中带来元胞区边缘电流拥挤，从而增加了绝缘栅双极晶体管闩锁风险的问题。

为此，本发明提供一种绝缘栅双极晶体管，包括：体层，所述体层包括元胞区和环绕元胞区的过渡区，所述过渡区包括汇流区；栅极结构，位于部分元胞区上或者部分元胞区中；位于汇流区上的栅汇流条，所述栅汇流条与栅极结构的部分边缘之间具有第一开口；镇流结构，位于汇流区中且延伸至第一开口底部的部分元胞区中；阱区，位于栅极结构周围的部分元胞区中，第一开口底部的体层中具有阱区，所述阱区的导电类型与所述镇流结构的导电类型相同；位于阱区的顶部区域中的源掺杂区，所述源掺杂区的导电类型与所述阱区的导电类型相反，所述源掺杂区与所述镇流结构间隔。

可选的，所述绝缘栅双极晶体管还包括：位于所述栅汇流条上且与所述栅汇流条连接的汇流导电层。

可选的，所述绝缘栅双极晶体管还包括：发射电极层，位于所述阱区上且延伸至第一开口中，所述发射电极层与所述源掺杂区和阱区连接，所述发射电极层还与第一开口底部的镇流结构连接；镇流导电层，所述镇流导电层位于所述栅汇流条侧部的部分镇流结构上，所述镇流导电层位于汇流导电层背离所述发射电极层的侧部，所述镇流导电层与所述发射电极层等电位。

可选的，所述栅极结构位于部分元胞区上，所述栅汇流条与栅极结构的部分边缘连接。

可选的，当所述栅极结构位于部分元胞区上时，所述源掺杂区还延伸至部分栅极结构的底部；当所述栅极结构位于部分元胞区中时，所述源掺杂区位于栅极结构的侧部且与栅极结构邻接。