本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種溝槽柵IGBT器件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的溝槽柵IGBT在開通過程中存在柵極電壓過沖的現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致器件的開通損耗(Eon)和電磁干擾(EMI)增大，進(jìn)而降低了器件的可靠性和使用壽命。
針對(duì)這一問題，現(xiàn)有的一種解決方法是，通過采用與多晶溝槽柵分離的浮空深P阱結(jié)構(gòu)，有效地降低了器件在開通過程中空穴電流經(jīng)過溝槽側(cè)壁造成的瞬態(tài)柵極電壓過沖，從而減小了器件的開通損耗和電磁干擾。
然而，為保證溝槽柵IGBT元胞的耐壓，在這種解決方案中，浮空深P阱必須擴(kuò)散至足夠的深度(通常會(huì)比溝槽的深度要深)，為避免橫向擴(kuò)散造成P阱與多晶硅柵極溝槽側(cè)壁接觸，結(jié)構(gòu)上必須要保證多晶硅柵與P阱之間有足夠的距離，這在很大程度上限制了溝槽柵IGBT元胞的寬度設(shè)計(jì)自由度，限制了IGBT元胞結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步精細(xì)化設(shè)計(jì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種溝槽柵IGBT器件，通過設(shè)置假柵將浮空P阱與多晶硅柵分離開，有效地減小了器件在開通過程中柵極電壓過沖，從而降低了器件的開通損耗和EMI，獲得更好的開關(guān)特性和可靠性，同。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種溝槽柵IGBT器件，包括從上到下依次設(shè)置的發(fā)射極層、N型漂移層、N型緩沖層、P+電極層，在所述N型漂移層中設(shè)置有與所述發(fā)射極層連接的P阱和浮空P阱，所述P阱兩側(cè)設(shè)置有多晶硅柵，在所述浮空P阱上與所述多晶硅柵層相鄰的一側(cè)設(shè)置有假柵，所述假柵用于將所述浮空P阱與所述多晶硅柵層分隔開。
其中，所述假柵的深度與所述多晶硅柵的深度相等。
其中，所述假柵的寬度與所述多晶硅柵的寬度相等。
其中，所述假柵與所述多晶硅柵在深度方向平行。
其中，所述多晶硅柵的深度大于等于所述浮空P阱的深度。
其中，所述浮空P阱的兩側(cè)設(shè)置有相同尺寸的所述假柵。
本發(fā)明實(shí)施例所提供的溝槽柵IGBT器件，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明實(shí)施例提供的溝槽柵IGBT器件，包括從上到下依次設(shè)置的發(fā)射極層、N型漂移層、N型緩沖層、P+電極層，在所述N型漂移層中設(shè)置有與所述發(fā)射極層連接的P阱和浮空P阱，所述P阱兩側(cè)設(shè)置有多晶硅柵，在所述浮空P阱上與所述多晶硅柵層相鄰的一側(cè)設(shè)置有假柵，所述假柵用于將所述浮空P阱與所述多晶硅柵層分隔開。
所述溝槽柵IGBT器件，通過在浮空P阱上與多晶硅柵層相鄰的一側(cè)設(shè)置假柵，將浮空P阱與多晶硅柵層分隔開，有效地減小了IGBT器件在開通過程中柵極電壓過沖，從而降低了器件的開通損耗和EMI，獲得更好的開關(guān)特性和可靠性。同時(shí)，采用假柵將浮空P阱與多晶硅柵分離，可以避免浮空P阱橫向擴(kuò)散造成的對(duì)元胞寬度的限制，通過調(diào)節(jié)假柵與多晶硅柵之間的距離可獲得更大的元胞寬度設(shè)計(jì)自由度。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的溝槽柵IGBT器件的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的溝槽柵IGBT器件的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
在一種具體實(shí)施方式中，所述溝槽柵IGBT器件，包括從上到下依次設(shè)置的發(fā)射極層10、N型漂移層20、N型緩沖層30、P+電極層40，在所述N型漂移層20中設(shè)置有與所述發(fā)射極層10連接的P阱14和浮空P阱12，所述P阱14兩側(cè)設(shè)置有多晶硅柵11，在所述浮空P阱12上與所述多晶硅柵11層相鄰的一側(cè)設(shè)置有假柵13，所述假柵13用于將所述浮空P阱12與所述多晶硅柵11層分隔開。
所述溝槽柵IGBT器件，通過在浮空P阱12上與多晶硅柵11層相鄰的一側(cè)設(shè)置假柵13，將浮空P阱12與多晶硅柵11層分隔開，有效地減小了IGBT器件在開通過程中柵極電壓過沖，從而降低了器件的開通損耗和EMI，獲得更好的開關(guān)特性和可靠性。
同時(shí)，采用假柵13將浮空P阱12與多晶硅柵11分離，可以避免浮空P阱橫向擴(kuò)散造成的對(duì)元胞寬度的限制，通過調(diào)節(jié)假柵13與多晶硅柵11之間的距離，可獲得更大的元胞寬度設(shè)計(jì)自由度。
這樣，設(shè)計(jì)人員可以設(shè)計(jì)不同的假柵和多晶硅柵的間距的IGBT器件，滿足各種需要。而且可以通過將假柵和多晶硅柵的間距縮小，獲得尺寸較小的IGBT元胞，有利于IGBT元胞結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步精細(xì)化設(shè)計(jì)。
需要指出的是，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)于假柵的設(shè)置方式以及假柵的材質(zhì)不做具體限定，而且假柵可以與多晶硅柵同時(shí)設(shè)置，甚至也可以是多晶硅形成的假柵，這樣幾乎不增加工藝步驟，不增加工藝成本，就可以改善器件的開關(guān)特性和可靠性。
為進(jìn)一步降低工藝的復(fù)雜程度，降低工藝成本，在一種具體實(shí)施方式中，所述假柵13的深度與所述多晶硅柵11的深度相等，所述假柵13的寬度與所述多晶硅柵11的寬度相等。
需要指出的是，本發(fā)明對(duì)假柵13與多晶硅柵11之間的間距不做具體限定，假柵13的作用是將浮空P阱12與多晶硅柵11隔開即可，使得浮空P阱12在縱向擴(kuò)散過程中的橫向擴(kuò)散被假柵13屏蔽。工作人員可以通過控制假柵13與多晶硅柵11之間的間距，設(shè)計(jì)不同寬度的元胞。
這里的假柵13可以是設(shè)置在浮空P阱12的左右側(cè)，也可以是環(huán)繞浮空P阱12設(shè)置，本發(fā)明對(duì)此假柵的設(shè)置方式以及假柵的制作工藝不作具體限定。
假柵13對(duì)多晶硅柵11與浮空P阱12的隔離效果與假柵13的寬度、假柵13與多晶硅柵11之間的間距相關(guān)，即與假柵13與多晶硅柵11之間的最小間距相關(guān)，為提高隔離效果，所述假柵13與所述多晶硅柵11在深度方向平行。
這樣在進(jìn)行假柵13和多晶硅柵11的制作過程中，一般傾向使用刻蝕效果各向異性很高的干法刻蝕，使得橫向的侵蝕較少，刻蝕效果好。
需要指出的是，假柵13與多晶硅柵11一般會(huì)同時(shí)進(jìn)行刻蝕，這樣刻蝕的方向性好，容易在刻蝕深度方向平行，本發(fā)明對(duì)所述假柵13與所述多晶硅柵11的刻蝕工藝不做具體限定。
這樣假柵13的設(shè)置方式完全與多晶硅柵的設(shè)置方式相同，只需要改變版圖設(shè)計(jì)即可，不用增加新的工藝流程，有利于降低工藝成本。
為使得假柵13徹底將多晶硅柵11與浮空P阱12隔離，消除浮空P阱12對(duì)多晶硅柵11的影響，所述多晶硅柵11的深度大于等于所述浮空P阱12的深度，這樣假柵13能夠完全將浮空P阱12的側(cè)面遮擋，減小或消除器件在開通過程中的柵極電壓過沖，改善器件的開關(guān)特性和可靠性。
在一種具體實(shí)施方式中，假柵13的深度、多晶硅柵11的深度和所述浮空P阱12的深度相等，這樣就使得該溝槽柵IGBT器件的工藝流程中的工藝參數(shù)更少，同時(shí)假柵13也能夠?qū)⒍嗑Ч钖?1、浮空P阱分隔開，達(dá)到減小IGBT器件在開通過程中的柵極電壓過沖的問題。
由于在一個(gè)溝槽柵IGBT元胞結(jié)構(gòu)中，一般在浮空P阱12的兩側(cè)均會(huì)設(shè)置有溝槽，在溝槽的側(cè)壁上會(huì)設(shè)置有多晶硅柵11，而且，即使浮空P阱12的其中一側(cè)沒有多晶硅柵11，在浮空P阱12的該側(cè)設(shè)置假柵也會(huì)降低或消除對(duì)器件的其它結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響。
在一種具體實(shí)施方式中，所述浮空P阱12的兩側(cè)設(shè)置有相同尺寸的所述假柵13。
在本發(fā)明實(shí)施例中的假柵13，可以是設(shè)置在浮空P阱12左側(cè)面或右側(cè)面的柱狀的假柵，還可以是環(huán)繞浮空P阱設(shè)置的環(huán)狀型的假柵，本發(fā)明對(duì)所述假柵的具體的形狀結(jié)構(gòu)不做具體下定，只要能夠?qū)⒏】誔阱和多晶硅柵分隔開，避免浮空P阱橫向擴(kuò)散與多晶硅柵溝槽測得接觸即可，這樣就能夠減小IGBT器件在開通過程中的柵極電壓會(huì)過沖，從而降低了IGBT器件的開通損耗，提高了器件的有效能量使用效率，使得器件獲得更好的開關(guān)特性。同時(shí)也減小了電磁干擾現(xiàn)象的發(fā)生，提高了IGBT器件的抗電磁干擾能力，提高了器件的可靠性。
需要指出的是，在浮空P阱12的兩側(cè)設(shè)置相同尺寸的假柵13，是為了降低工藝難度，降低工藝成本，同時(shí)也能夠保證IGT器件內(nèi)部的電氣均勻性，提高器件的可靠性。
在本發(fā)明中也可以在浮空P阱12的兩側(cè)設(shè)置尺寸不同的假柵，因此本發(fā)明對(duì)所述假柵13的深度、寬度以及與多晶硅柵11之間的間距、假柵13的制作工藝不做具體限定。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的溝槽柵IGBT器件，通過在浮空P阱上與多晶硅柵層相鄰的一側(cè)設(shè)置假柵，將浮空P阱與多晶硅柵層分隔開，有效地減小了IGBT器件在開通過程中柵極電壓過沖，從而降低了器件的開通損耗和EMI，獲得更好的開關(guān)特性和可靠性。
以上對(duì)本發(fā)明所提供的溝槽柵IGBT器件進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。