[发明专利]一种双向IGBT器件及其制造方法

摘要

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双分裂电极以及双分裂电极和栅电极之间的介质层，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。

主权项

1.一种双向IGBT器件，包括两个对称设置于N型漂移区(10)正反两面的N沟道MOS结构；所述正面MOS结构包括正面金属电极(1)、正面介质层(2)、正面N+发射区(5)、正面P+发射区(6)、正面P型基区(71)、正面N型层(8)和正面沟槽栅结构；所述背面MOS结构包括背面金属电极(21)、背面介质层(22)、背面N+发射区(25)、背面P+发射区(26)、背面P型基区(271)、背面N型层(28)和背面沟槽栅结构；其特征在于，所述正面沟槽栅结构沿器件垂直方向贯穿正面N型层(8)；所述正面P型基区(71)位于正面沟槽栅结构一侧的正面N型层(8)上表面，正面N+发射区(5)和正面P+发射区(6)并列位于正面P型基区(71)上表面，其中正面N+发射区(5)与正面沟槽栅结构连接；正面N+发射区(5)和正面P+发射区(6)的上表面与正面金属电极(1)连接；所述正面沟槽栅结构包括正面底部分裂电极(31)、正面栅电极(32)、正面侧分裂电极(33)、正面栅介质层(41)、正面第二介质层(42)、正面第三介质层(43)、正面第四介质层(44)、正面第五介质层(45)；所述正面栅电极(32)和正面侧面分裂电极(33)之间通过正面第三介质层(43)连接；所述正面栅电极(32)通过正面栅介质层(41)与正面N+发射区(5)和正面P型基区(71)连接；所述正面MOS结构中还具有正面浮空P型基区(72)，所述正面浮空P型基区(72)位于正面沟槽栅结构另一侧的正面N型层(8)上表面；正面侧分裂电极(33)通过正面第二介质层(42)与正面浮空P型基区(72)连接；所述正面底部分裂电极(31)位于正面栅电极(32)和正面侧分裂电极(33)的下方，且正面底部分裂电极(31)的上表面深度小于正面N型层(8)的结深，正面底部分裂电极(31)的下表面深度大于正面N型层(8)的结深；所述正面底部分裂电极(31)的上表面与正面栅电极(32)、正面侧分裂电极(33)的下表面之间通过正面第四介质层(44)连接；所述正面底部分裂电极(31)的下表面及侧面与N型漂移区(10)和正面N型层(8)之间通过正面第五介质层(45)连接；所述正面浮空P型基区(72)、正面第二介质层(42)、正面侧分裂电极(33)、正面第三介质层(43)、正面栅电极(32)和正面栅介质层(41)的上表面与正面第一介质层(2)连接；所述正面底部分裂电极(31)、正面侧分裂电极(33)与正面金属电极(1)等电位；所述背面沟槽栅结构包括背面底部分裂电极(231)、背面栅电极(232)、背面侧分裂电极(233)、背面栅介质层(241)、背面第二介质层(242)、背面第三介质层(243)、背面第四介质层(244)、背面第五介质层(245)；所述背面MOS结构中还具有背面浮空P型基区(272)；所述背面MOS结构与正面MOS结构沿器件N型漂移区(10)的横向中线上下对称设置。