一种IGBT沟槽栅排布结构的制作方法

本实用新型属于半导体器件技术领域，具体涉及一种igbt沟槽栅排布结构。

背景技术：

igbt（insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管）芯片结合了mosfet（metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管）和bjt（bipolarjunctiontransistor，双极结型晶体管）的优点，具有输进阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性。随着技术的提升换代，其栅极结构从平面型结构升级到了沟槽栅型结构，沟槽栅型结构相对于平面型结构消除了jfet效应，增加了表层载流子浓度，提升了沟道密度，是igbt后续的发展趋势。其中，沟槽栅的排布结构直接影响igbt的电流密度和开通速度，合理设计沟槽栅排布结构，可以有效调节igbt芯片的导通特性和开关特性。现有的igbt沟槽栅排布结构存在输入电容和米勒电容较小，沟道电流分布不均等问题，反映到igbt器件中，表现出小电流开通过程中的栅极振荡现象。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种igbt沟槽栅排布结构，以解决现有技术中输入电容和米勒电容较小，沟道电流分布不均导致小电流开通过程中发生栅极振荡的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种igbt沟槽栅排布结构，包括衬底，在所述衬底的一个表面上依次设置有介质层和发射极金属；在所述衬底朝向所述介质层的表面上设置若干个有源沟槽栅和虚拟沟槽栅，且在相邻两个虚拟沟槽栅之间连续设置两个有源沟槽栅；在相邻两个有源沟槽栅之间依次设有p⁺接触区、p型阱区和n型cs层，所述p⁺接触区位于所述介质层一侧；在有源沟槽栅和虚拟沟槽栅之间依次设有n⁺发射区、p型阱区和n型cs层，所述n⁺发射区位于所述介质层一侧；每个所述p⁺接触区和每个所述n⁺发射区分别通过设置在所述介质层上的与所述p⁺接触区和所述n⁺发射区一一对应的接触窗口与所述发射极金属导通。

进一步地，每个所述有源沟槽栅内填充有源沟槽栅多晶硅；每个所述虚拟沟槽栅内填充虚拟沟槽栅多晶硅。

进一步地，每个所述有源沟槽栅和每个所述虚拟沟槽栅的内表面均涂覆有氧化层。

进一步地，所述有源沟槽栅和所述虚拟沟槽栅的深度均相同；所述n⁺发射区的厚度、p型阱区的厚度和n型cs层的厚度之和小于所述有源沟槽栅的深度；所述p⁺接触区的厚度、p型阱区的厚度和n型cs层的厚度之和小于所述有源沟槽栅的深度。

进一步地，所述接触窗口为刻蚀形成的通孔，所述通孔内填充导体。

进一步地，所述导体为金属钨。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：本实用新型通过在相邻两个虚拟沟槽栅之间连续设置两个有源沟槽栅，增加有源沟槽栅的设置比例；通过在介质层与每个p⁺接触区和每个n⁺发射区相接触的位置均设置一个接触窗口，并通过该接触窗口使每个p⁺接触区和每个n⁺发射区与发射极金属相连接，增加输入电容和密勒电容；通过在有源沟槽栅与虚拟沟槽栅之间设置n⁺发射区，在有源沟槽栅与有源沟槽栅之间设置p⁺接触区，在保证电流密度不变的情况下使电流分布更加均匀，最终缓解了igbt器件小电流开通过程中的栅极振荡现象，提升了器件的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种igbt沟槽栅排布结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1所示，一种igbt沟槽栅排布结构，包括衬底1，在衬底1的一个表面上依次设置有介质层11和发射极金属13；在衬底1朝向介质层11的表面上设置若干个有源沟槽栅2和虚拟沟槽栅3，且在相邻两个虚拟沟槽栅3之间连续设置两个有源沟槽栅2；在相邻两个有源沟槽栅2之间依次设有p⁺接触区8、p型阱区9和n型cs层10，p⁺接触区8位于介质层11一侧；在有源沟槽栅2和虚拟沟槽栅3之间依次设有n⁺发射区7、p型阱区9和n型cs层10，n⁺发射区7位于介质层11一侧；每个p⁺接触区8和每个n⁺发射区7分别通过设置在介质层11上的与p⁺接触区8和n⁺发射区7一一对应的接触窗口12与发射极金属13导通。本实施例中，接触窗口12为刻蚀形成的通孔，通孔内填充导体，受限于接触窗口12的尺寸，填充的导体需具有良好的台阶覆盖能力，本实施例中，填充的导体为金属钨。每个有源沟槽栅2内填充有源沟槽栅多晶硅5，所有的有源沟槽多晶硅5都和栅极金属相连，用于栅极信号的传输；每个虚拟沟槽栅3内填充虚拟沟槽栅多晶硅6，所有的虚拟沟槽多晶硅6都和发射极金属13相连，用于调整栅极电容。

本实施例中，有源沟槽栅2以及虚拟沟槽栅3内的有源沟槽多晶硅5及虚拟沟槽多晶硅6通过氧化层4与衬底1隔离。有源沟槽栅2和虚拟沟槽栅3的深度均相同；n⁺发射区7的厚度、p型阱区9的厚度和n型cs层10的厚度之和小于有源沟槽栅2的深度；p⁺接触区8的厚度、p型阱区9的厚度和n型cs层10的厚度之和小于有源沟槽栅2的深度。

本实施例通过在相邻两个虚拟沟槽栅之间连续设置两个有源沟槽栅，增加有源沟槽栅的设置比例；通过在介质层与每个p⁺接触区和每个n⁺发射区相接触的位置均设置一个接触窗口，并通过该接触窗口使每个p⁺接触区和每个n⁺发射区与发射极金属相连接，增加输入电容和密勒电容；通过在有源沟槽栅与虚拟沟槽栅之间设置n⁺发射区，在有源沟槽栅与有源沟槽栅之间设置p⁺接触区，在保证电流密度不变的情况下使电流分布更加均匀，最终缓解了igbt器件小电流开通过程中的栅极振荡现象，提升了器件的稳定性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。