[发明专利]一种沟槽栅电荷储存型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法

摘要

一种沟槽栅电荷储存型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法，属于半导体功率器件领域。本发明克服了传统结构中N型电荷存储层的不利影响，获得更加优异的耐压性能，相比传统方式而言，解决了采用加深沟槽栅深度和减小元胞宽度致使器件的开关性能、导通压降和开关损耗折中特性以及可靠性受损的问题。本发明通过在P型体区上引入串联二极管结构，使得MOSFET的沟道电压拑位在很小的值，从而减小了器件饱和电流密度，改善了器件的短路安全工作区；通过在沟槽栅结构中引入分裂电极和分裂电极介质层，在保证了器件阈值电压和开关速度的同时提高了器件开关性能；浮空P型体区改善了器件正向导通压降与开关损耗的折中特性。另外，本发明提出CSTBT器件的制作工艺与传统制作工艺兼容。

主权项

一种沟槽栅电荷储存型绝缘栅双极型晶体管，其元胞结构包括：P型集电区(12)、位于P型集电区(12)背面的集电极金属(13)、位于P型集电区(12)正面的N型电场阻止层(11)和位于N型电场阻止层(11)上方的N型漂移区(10)；N型漂移区(10)中具有N+发射区(3)、P+发射区(4)、P型基区(5)、N型电荷存储层(6)、P型体区(71)和沟槽栅结构；沟槽栅结构沿垂直方向部分穿入N型漂移区(10)；P型体区(71)位于沟槽栅结构的一侧，P型基区(5)位于沟槽栅结构的另一侧，且P型体区(71)的结深大于P型基区(5)的结深；P型基区(5)的顶层具有相互接触的N+发射区(3)和P+发射区(4)，N+发射区(3)和P+发射区(4)并排设置且与上方的第一发射极金属(101)相连，N型电荷存储层(6)位于P型基区(5)和N型漂移区(10)之间，N型电荷存储层(6)的结深小于P型体区(71)的结深；所述沟槽栅结构包括：栅电极(81)和第一栅介质层(83)和第二栅介质层(84)，栅电极(81)与N+发射区(3)、P型基区(5)和N型电荷存储层(6)通过第二栅介质层(84)相隔离，栅电极(81)与上方第一发射极金属(101)之间通过第二介质层(1402)隔离，其特征在于：栅电极(81)的深度大于P型基区(5)且小于N型电荷存储层(6)的结深；所述沟槽栅结构还包括：分裂电极(82)、第一分裂电极介质层(85)和第二分裂电极介质层(86)；分裂电极(82)与上方第一发射极金属(101)相连，分裂电极(82)与栅电极(81)通过第一栅介质层(83)相隔离且其深度大于栅电极(81)的深度；分裂电极(82)呈“L”型且半包围栅电极(81)设置，分裂电极(82)与栅电极(81)通过第一栅介质层(83)相隔离，分裂电极(82)的深度大于栅电极(81)的深度；分裂电极(82)与N型漂移区(10)通过第一分裂电极介质层(85)相隔离，并且分裂电极(82)的深度大于N型电荷存储层(6)的结深；分裂电极(82)与P型体区(71)通过第二分裂电极介质层(86)相隔离；所述P型体区(71)上方还具有与第一发射极金属(101)相连的串联二极管结构(2)，部分串联二极管结构(2)与P型体区(71)之间通过第一介质层(1401)相隔离。