一种用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管
阅读说明：本技术 一种用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管 (Insulated gate bipolar transistor for optimizing saturation voltage/turn-off loss ) 是由 陆潇 王海军 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管,包括沟槽栅,在相邻设置在沟槽栅之间具有台面区,在台面区设有若干个阻塞沟槽栅,阻塞沟槽栅通过发射极接触与发射极金属连接,沟槽栅还与发射极金属连接。本申请在不增加制程难度的情况下,通过在沟槽栅之间的台面区引入阻塞沟槽栅可将台面区的有效宽度进一步缩小,进而使得IGBT器件在开启状态下载流子浓度从A型分布变成B型分布,从而进一步减少关断过程中的损耗。发射极接触的尺寸以及发射极接触与沟槽栅之间的距离没有特别的制程控制。上述台阶面宽度可进一步缩小而不会受到发射极接触的尺寸及对准的限制；阻塞沟槽栅与发射极接触相邻不会因沟槽栅的增多而使得Qg显著增加。(The application discloses an insulated gate bipolar transistor for optimizing saturation voltage/turn-off loss, including the trench gate, have mesa area adjacent setting between the trench gate, be equipped with a plurality of at mesa area and block the trench gate, block the trench gate and pass through emitter contact and emitter metallic interconnect, the trench gate still with emitter metallic interconnect. Under the condition that the processing difficulty is not increased, the effective width of the mesa region can be further reduced by introducing the blocking trench gate in the mesa region between the trench gates, so that the carrier concentration of the IGBT device is changed from A-type distribution to B-type distribution in the opening state, and the loss in the turn-off process is further reduced. There is no particular process control on the size of the emitter contact and the distance between the emitter contact and the trench gate. The step face width can be further reduced without being limited by the size and alignment of the emitter contact; blocking the trench gate adjacent to the emitter contact does not result in a significant increase in Qg due to the increased number of trench gates.)
技术领域
本申请属于绝缘栅双极型晶体管技术领域，具体涉及一种用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管。
背景技术
在绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)器件的优化过程中，减少关断过程中的损耗被认为是最重要的课题，通常通过减少载流子浓度的方式来降低关断损耗会使得饱和电压产生不可避免的显著升高，现代的优化思路是通过改变器件结构使得在开启状态下载流子从A分布变成B型分布(如图6所示)，其中最有效的方式是缩小元胞的尺寸特别是沟槽与沟槽之间的台面宽度，市场上最先进的IGBT制程台面宽度已经进入亚微米量级。当台面宽度进入亚微米量级，电极接触到沟槽的距离被压缩到300A以下，这大大增加了制程的困难度，给IGBT制程的可控性带来了巨大挑战，特别是电极接触工艺以及电极接触与其他层的对准。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管，本申请在不增加制程难度的情况下，通过引入台面区内的阻塞沟槽以将台面区有效宽度进一步缩小，从而优化饱和电压/关断损耗的关系。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
本申请提出了一种用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管，包括沟槽栅，在相邻设置在所述沟槽栅之间具有台面区，在所述台面区设有若干个阻塞沟槽栅，所述阻塞沟槽栅通过发射极接触与发射极金属连接，所述沟槽栅还与所述发射极金属连接。
可选地，上述的用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管，其中，所述阻塞沟槽栅与所述沟槽栅相互垂直设置。
可选地，上述的用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管，其中，所述阻塞沟槽栅与所述沟槽栅具有相同或不同的深度。
可选地，上述的用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管，其中，相邻设置在所述阻塞沟槽栅为等距或非等距设置。
可选地，上述的用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管，其中，所述阻塞沟槽栅与所述沟槽栅为非接触设置。
可选地，上述的用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管，其中，相邻设置在所述沟槽栅之间以及所述沟槽栅和和所述阻塞沟槽之间还设有P阱。
可选地，上述的用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管，其中，在所述沟槽栅的外表面还设有栅氧化层。
可选地，上述的用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管，其中，在所述沟槽栅和所述发射极金属的连接位置还设有发射结。
可选地，上述的用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管，其中，在所述沟槽栅和所述发射极金属的连接位置还设有氧化层。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
本申请在不增加制程难度的情况下，通过在沟槽栅之间的台面区引入若干个阻塞沟槽栅可将台面区的有效宽度进一步缩小，进而使得IGBT器件在开启状态下载流子浓度从A型分布变成B型分布，从而进一步优化饱和电压/关断损耗的关系。
本申请通过设置在所述阻塞沟槽栅使得所述沟槽栅与所述阻塞沟槽栅之间的台阶面宽度进一步缩小，而在这一过程中，发射极接触的尺寸以及所述发射极接触与所述沟槽栅之间的距离没有特别的制程控制。通过上述设置方式，所述沟槽栅与所述阻塞沟槽栅之间的台阶面宽度可以进一步地缩小而不会受到发射极接触的尺寸以及对准的限制。并且，所述阻塞沟槽栅与所述发射极接触直接相邻不会因为沟槽栅的增多而使得Qg显著增加。
在本申请中，所述阻塞沟槽栅通常与所述沟槽栅同一深度，但也可以是不同深度。深度可以成为调节器件性能的方式之一，会影响开启时漂移区的载流子积累。同样地，相邻设置的所述阻塞沟槽栅之间的距离的调节同样会成为调节器件性能的方式之一，不同距离意味着对台面区宽度的调节，而本申请优选地是通过调节台面区的宽度来优化器件性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本申请一实施例用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管的剖面图；
图2：如图1所示结构沿C1方向的剖视图；
图3：如图1所示结构沿C2方向的剖视图；
图4：如图1所示结构沿C3方向的剖视图；
图5：本申请一实施例用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管的工作原理图；
图6：IGBT器件在开启状态下载流子浓度从A型分布变成B型分布的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1至图4所示，在本申请的其中一个实施例中，一种用于优化饱和电压/关断损耗的绝缘栅双极型晶体管，包括沟槽栅10，在相邻设置在所述沟槽栅10之间具有台面区，在所述台面区设有若干个阻塞沟槽栅20，所述阻塞沟槽栅20通过发射极接触30与发射极金属40连接，所述沟槽栅10还与所述发射极金属40连接。
本实施例在不增加制程难度的情况下，通过在沟槽栅10之间的台面区引入若干个阻塞沟槽栅20可将台面区的有效宽度进一步缩小，进而使得IGBT器件在开启状态下载流子浓度从A型分布变成B型分布，从而进一步优化饱和电压/关断损耗的关系。
其中，如图1所示，在本实施例中，所述阻塞沟槽栅20与所述沟槽栅10相互垂直设置。通过上述垂直设置方式，可使得在所述阻塞沟槽栅20与所述沟槽栅10之间的台阶面宽度保持一致，从而使得器件的稳定性更加可控。
可选地，所述阻塞沟槽栅20与所述沟槽栅10具有相同或不同的深度。
可选地，相邻设置在所述阻塞沟槽栅20为等距或非等距设置。
其中，在本实施例中，可选地，所述阻塞沟槽栅20通常与所述沟槽栅10同一深度，但也可以是不同深度。深度可以成为调节器件性能的方式之一，会影响开启时漂移区的载流子积累。同样地，相邻设置的所述阻塞沟槽栅20之间的距离的调节同样会成为调节器件性能的方式之一，不同距离意味着对台面区宽度的调节，而本实施例优选地是通过调节台面区的宽度来优化器件性能。
所述阻塞沟槽栅20与所述沟槽栅10为非接触设置，通过上述设置，可实现对所述阻塞沟槽栅20与所述沟槽栅10之间台面区的宽度，相比于现有技术，可进一步缩小所述阻塞沟槽栅20与所述沟槽栅10之间台面区的宽度，进而使得IGBT器件在开启状态下载流子浓度从A型分布变成B型分布，从而进一步优化饱和电压/关断损耗的关系。
如图2至图4所示，相邻设置在所述沟槽栅10之间以及所述沟槽栅10和所述阻塞沟槽栅20之间均设有P阱50。
可选地，在所述沟槽栅10的外表面还设有栅氧化层11。其中，所述栅氧化层11的表面光滑平整。
进一步地，在所述沟槽栅10和所述发射极金属40的连接位置还设有发射结70。
进一步优选地，在所述沟槽栅10和所述发射极金属40的连接位置还设有氧化层70。
在本实施例中，如图5所示，可以看出台阶区的宽度被所述沟槽栅10与所述阻塞沟槽栅20之间的距离重新定义，即，通过设置在所述阻塞沟槽栅20使得所述沟槽栅10与所述阻塞沟槽栅20之间的台阶面宽度进一步缩小，而在这一过程中，发射极接触30的尺寸以及所述发射极接触30与所述沟槽栅10之间的距离没有特别的制程控制。通过上述设置方式，所述沟槽栅10与所述阻塞沟槽栅20之间的台阶面宽度可以进一步地缩小而不会受到发射极接触30的尺寸以及对准的限制。并且，所述阻塞沟槽栅20与所述发射极接触30直接相邻不会因为沟槽栅10的增多而使得Qg显著增加。
本申请在不增加制程难度的情况下，通过在沟槽栅10之间的台面区引入若干个阻塞沟槽栅20可将台面区的有效宽度进一步缩小，进而使得IGBT器件在开启状态下载流子浓度从A型分布变成B型分布，从而进一步减少关断过程中的损耗。本申请通过设置在所述阻塞沟槽栅20使得所述沟槽栅10与所述阻塞沟槽栅20之间的台阶面宽度进一步缩小，而在这一过程中，发射极接触30的尺寸以及所述发射极接触30与所述沟槽栅10之间的距离没有特别的制程控制。通过上述设置方式，所述沟槽栅10与所述阻塞沟槽栅20之间的台阶面宽度可以进一步地缩小而不会受到发射极接触30的尺寸以及对准的限制。并且，所述阻塞沟槽栅20与所述发射极接触30直接相邻不会因为沟槽栅10的增多而使得Qg显著增加。在本申请中，所述阻塞沟槽栅20通常与所述沟槽栅10同一深度，但也可以是不同深度。深度可以成为调节器件性能的方式之一，会影响开启时漂移区的载流子积累。同样地，相邻设置的所述阻塞沟槽栅20之间的距离的调节同样会成为调节器件性能的方式之一，不同距离意味着对台面区宽度的调节，而本申请优选地是通过调节台面区的宽度来优化器件性能。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。
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