[发明专利]一种发射极伸入衬底凹槽的IGBT芯片

权利要求书

1.一种发射极伸入衬底凹槽的IGBT芯片，包括具有N型衬底（5）、发射极金属结构（30）的元胞，所述元胞由对称设置且相互连接的两个第一结构形成；各个元胞的N型衬底（5）相互连接从而形成一体结构，各个元胞的发射极金属结构（30）相互连接从而形成IGBT芯片的发射极；所述第一结构具有第一栅极（10）、第一有源区（1）、开设在N型衬底（5）上的第一凹槽（3）；所述第一凹槽（3）沿着IGBT芯片高度方向向下伸入N型衬底（5）；所述第一栅极（10）的至少部分伸入所述第一凹槽（3）；

其特征在于，所述元胞的两个第一结构连接处具有开设在N型衬底（5）上的第二凹槽（4），与第一结构对应的第一有源区（1）设置于第二凹槽（4）、与第一结构对应的第一凹槽（3）之间；所述第二凹槽（4）沿着IGBT芯片高度方向向下伸入N型衬底（5）；

所述发射极金属结构（30）的至少部分伸入所述第二凹槽（4）；所述发射极金属结构（30）的至少部分的底端所在高度位置低于所述第一栅极（10）的至少部分的底端所在高度位置；

所述第一有源区（1）包括在IGBT芯片高度方向由上到下依次设置的第一N+掺杂区（11）、第一P阱区（12）、第一N阱区（13）；

所述第一N+掺杂区（11）一侧壁面、第一P阱区（12）一侧壁面、第一N阱区（13）一侧壁面形成所述第一凹槽（3）壁面；

所述第一N+掺杂区（11）另一侧壁面、第一P阱区（12）另一侧壁面、第一N阱区（13）另一侧壁面形成所述第二凹槽（4）壁面；

所述发射极金属结构（30）包括位于N型衬底（5）上的第一延伸段（301）、沿IGBT芯片高度方向向下延伸到第二凹槽（4）中的第二延伸段（302）、连接第一延伸段（301）和第二延伸段（302）的第一连接段（303）；

所述第一延伸段（301）的延伸方向、第二延伸段（302）的延伸方向相互垂直；

所述第一连接段（303）设置在与所述元胞的两个第一结构分别对应的两个第一P阱区（12）上表面，且所述第一连接段（303）设置在与所述元胞的两个第一结构分别对应的两个第一N+掺杂区（11）之间。

2.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，所述第一N阱区（13）底端所在高度位置不低于所述第一栅极（10）的至少部分的底端所在高度位置。

3.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，设置于发射极金属结构（30）与第二凹槽（4）内壁之间的氧化层的厚度大于设置于第一栅极（10）与第一凹槽（3）内壁之间的氧化层厚度。

4.根据权利要求1所述的IGBT芯片，其特征在于，在IGBT芯片高度方向上，所述发射极金属结构（30）的至少部分的底端与N型衬底（5）上端面之间的高度差为8µm-14µm。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的IGBT芯片，其特征在于，所述第一凹槽（3）的远离第二凹槽（4）一侧设置有第二P阱区（22）、第二N阱区（23）；所述第二P阱区（22）、第二N阱区（23）形成在N型衬底（5）中，且所述第二P阱区（22）位于第二N阱区（23）上。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的IGBT芯片，其特征在于，所述第一结构还包括对应设置的第二栅极（20）、第二有源区（2）；

所述第二栅极（20）位于N型衬底（5）之上，所述第二有源区（2）设置于第一凹槽（3）的远离第二凹槽（4）一侧；

所述第一栅极（10）、第二栅极（20）通过氧化层隔开，或者所述第一栅极（10）、第二栅极（20）相互连接形成一体结构。

7.根据权利要求6所述的IGBT芯片，其特征在于，所述第二有源区（2）包括相邻设置的第二N+掺杂区（21）、金属层（304）；所述金属层（304）位于第二N+掺杂区（21）的远离第一栅极（10）一侧；

所述第二有源区（2）还包括第二P阱区（22）、第二N阱区（23）；

所述第二N阱区（23）、第二P阱区（22）均形成在N型衬底（5）中，所述第二P阱区（22）位于第二N阱区（23）上，所述第二N+掺杂区（21）和金属层（304）位于第二P阱区（22）上，所述第二P阱区（22）绕设在第二N+掺杂区（21）和金属层（304）外侧，所述第二N阱区（23）绕设在第二P阱区（22）外侧；

所述第二N+掺杂区（21）的上端面、第二P阱区（22）的上端面、第二N阱区（23）的上端面均朝向第二栅极（20）设置；

所述发射极金属结构（30）包括所述金属层（304），且所述金属层（304）与所述发射极金属结构（30）的至少部分相互连接，从而形成罩设所述第二栅极（20）的结构。