一種溝槽柵igbt晶片的製作方法
2023-07-18 13:22:41 1
一種溝槽柵igbt晶片的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種溝槽柵IGBT晶片，包括若干個相互並聯的元胞，每個元胞包括第I溝槽柵和第II溝槽柵，所述溝槽柵之間由第一導電類型區域隔離，所述第II溝槽位於所述第I溝槽的一側，在所述第I溝槽柵的另一側設置有發射極和第二導電類型的源極區，所述溝槽柵IGBT晶片還包括：形成於所述第一導電類型區域內的第III溝槽柵，所述第III溝槽柵的柵長所在的直線與所述第II溝槽柵的柵長所在的直線相交。相較於現有技術，製備本發明提供的溝槽柵IGBT晶片，不會增加製備的工藝難度和成本。此外，由於增加的第III溝槽柵，增加了溝槽柵IGBT晶片的溝槽密度，有利於提高IGBT晶片的耐壓、功耗和安全工作區性能。
【專利說明】一種溝槽柵IGBT晶片
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件領域，尤其涉及一種溝槽柵IGBT晶片。
【背景技術】
[0002]目前，絕大多數IGBT廠商都採用溝槽柵結構技術，以獲得更低的功耗，更高的功率密度，更快的開關速度。
[0003]對於溝槽柵IGBT晶片而言，為了兼顧晶片的耐壓、功耗與安全工作區性能，現在出現了設置有虛柵極的溝槽柵IGBT晶片。在該IGBT晶片的結構中，柵極分為常規柵極和虛柵極。常規柵極用於進行開關控制，而虛柵極用於改善晶片的性能(如導通電阻、耐壓和安全工作區等)。設置有虛柵極的溝槽柵IGBT晶片的剖面示意圖如圖1所示。在圖1所示的IGBT晶片的元胞結構中包括第I溝槽、第II溝槽和第III溝槽,這三個溝槽均勻分布在晶片內部。其中，第I溝槽的內側設置有發射極，所以第I溝槽柵為晶片的常規柵極，而第II溝槽和第III溝槽位於第I溝槽的外側，並且在第II溝槽和第III溝槽的兩側均沒有引出發射極，所以第II溝槽和第III溝槽為晶片的虛柵極。
[0004]為了進一步提升IGBT晶片的性能，其中，一種方法是增加虛柵的密度。目前，可以通過以下方法來增加虛柵的密度。具體方法如下:
[0005]在常規柵極的外側沿著原有虛柵的方向繼續增加虛柵的數量:在元胞尺寸不變的情況下，在常規柵極的外側增加虛柵的數量意味著工藝特徵尺寸變小，而最小工藝尺寸必然受到製造工藝與設備的限制，因此，虛柵的數量增加有限度，而且工藝特徵尺寸的縮小會增加IGBT晶片的工藝難度和成本。
[0006]然而，提高溝槽密度是當前溝槽柵的一個發展方向，因此，有必要提供一種溝槽柵IGBT晶片的新結構，以實現在不增加工藝難度與成本的基礎上，提高IGBT晶片的溝槽密度。
【發明內容】
[0007]有鑑於此，本發明提供了一種溝槽柵IGBT晶片，以實現在不增加工藝難度與成本的基礎上，進一步提高溝槽柵IGBT晶片的溝槽密度。
[0008]為了達到上述發明目的，本發明採用了如下技術方案:
[0009]一種溝槽柵IGBT晶片，包括若干個相互並聯的元胞，每個元胞包括第I溝槽柵和第II溝槽柵，所述溝槽柵之間由第一導電類型區域隔離，所述第II溝槽位於所述第I溝槽的一側，在所述第I溝槽柵的另一側設置有發射極和第二導電類型的源極區，所述發射極和所述第二導電類型的源極區位於第一導電類型基區內，所述溝槽柵IGBT晶片還包括:形成於所述第一導電類型區域內的第III溝槽柵，所述第III溝槽柵的柵長所在的直線與所述第II溝槽柵的柵長所在的直線相交；其中，所述第一導電類型與所述第二導電類型相反。
[0010]優選地，所述第II溝槽柵與所述第III溝槽柵相互連接。
[0011]優選地，所述第II溝槽柵和所述第III溝槽柵均為多個，所述第III溝槽中的任意一個均與至少兩個所述第II溝槽柵相互連接。
[0012]優選地，所述第III溝槽柵為多個，每相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距相同。
[0013]優選地，所述第II溝槽柵為多個，每相鄰兩個第II溝槽柵之間的間距相同。
[0014]優選地，各個所述溝槽柵的溝槽寬度相同，和/或，各個所述溝槽柵的溝槽深度相同。
[0015]優選地，所述溝槽柵IGBT晶片包括襯底，所述溝槽柵形成於所述襯底內部，所述溝槽柵包括填充在溝槽內的多晶矽，所述多晶矽與所述襯底之間通過絕緣層隔離。
[0016]優選地，填充在所述第I溝槽柵內的多晶矽引出到所述溝槽柵IGBT晶片表面，填充在所述第II溝槽和所述第III溝槽內的多晶矽處於懸浮狀態。
[0017]優選地，所述第一導電類型區域被分割成若干個第一導電類型子區域，每個所述第一導電類型的子區域處於懸浮狀態。
[0018]優選地，所述第II溝槽柵和所述第III溝槽柵均為多個，所述第III溝槽柵的柵長所在的直線與所述第II溝槽的柵長所在的直線相交時形成多個交匯處，所述多個交匯處包括多個第一交匯處和多個第二交匯處，在所述第一交匯處，第III溝槽柵與所述第II溝槽柵相互連接，在所述第二交匯處，所述第III溝槽柵與所述第II溝槽柵相互隔離。
[0019]優選地，所述第二交匯處為多個，所述多個第二交匯處呈陣列分布，所述陣列單元的形狀為矩形或菱形；
[0020]所述矩形的一邊長為相鄰兩個所述第II溝槽柵之間的間距的2倍，另一邊長為相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距的2倍；
[0021]所述菱形的長軸長度為相鄰兩個所述第II溝槽柵之間的間距的4倍，短軸長度為相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距的2倍，或者，所述菱形的長軸長度為相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距的4倍，短軸長度為相鄰兩個所述第II溝槽柵之間的間距的2倍。
[0022]優選地，所述第一導電類型區域被分割成若干個第一導電類型子區域，所述溝槽柵IGBT晶片還包括:設置在所述第二交匯處的引出窗口，所述引出窗口用於將所述第二交匯處周邊的各個第一導電類型子區域引出至晶片表面。
[0023]優選地，所述引出窗口區域為第一導電類型摻雜區，所述第一導電類型摻雜區的摻雜濃度大於5e 19/cm3。
[0024]優選地，所述引出窗口區域內設置有開口，所述開口用於將所述第二交匯處周邊的各個第一導電類型子區域引出至晶片表面。
[0025]相較於現有技術，本發明具有以下有益效果:
[0026]本發明提供的溝槽柵IGBT晶片，包括第I溝槽柵、第II溝槽柵和第III溝槽柵，所述第II溝槽柵和第III溝槽柵均為IGBT晶片的虛柵極。相較於現有技術中的溝槽柵IGBT晶片結構，在本發明提供的溝槽柵IGBT晶片增加了第III溝槽柵，從而增加了溝槽柵IGBT晶片的溝槽密度。由於第III溝槽柵的柵長所在的直線與所述第II溝槽柵的柵長所在的直線相交，也就是說，在與第II溝槽柵不同的方向上形成第III溝槽柵。所以，相較於現有技術，增設的第III溝槽柵雖然增加了溝槽密度，但是沒有減小第II溝槽柵之間的間距，所以，在製備本發明提供的溝槽柵IGBT晶片時，可以採用現有的工藝特徵尺寸，不會使得工藝特徵尺寸減小。因而，相較於現有技術，製備本發明提供的溝槽柵IGBT晶片，不會增加製備的工藝難度和成本。此外，由於增加的第III溝槽柵，增加了溝槽柵IGBT晶片的溝槽密度，有利於提高IGBT晶片的耐壓、功耗和安全工作區性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]為了清楚地理解現有技術和本發明的【具體實施方式】的技術方案，下面將描述現有技術和本發明的【具體實施方式】時用到的附圖做一簡要說明。顯而易見地，這些附圖僅是本發明的部分實施例附圖，本發明普通技術人員在不付出創造性勞動的前提下，還可以獲得其它的附圖。
[0028]圖1是現有技術中的溝槽柵IGBT晶片的半元胞結構的剖面結構示意圖；
[0029]圖2是本發明實施例一提供的溝槽柵IGBT晶片的半元胞結構的平面結構示意圖；
[0030]圖3(a)和圖3(b)分別是圖2所示的溝槽柵IGBT晶片沿χ-χ，方向和沿y_y』方向的剖面結構示意圖；
[0031]圖4是本發明實施例二提供的溝槽柵IGBT晶片的半元胞結構的平面結構示意圖；
[0032]圖5(a)和圖5(b)分別是圖4所示的溝槽柵IGBT晶片沿χ-χ』方向和沿y_y』方向的剖面結構示意圖；
[0033]圖6是本發明實施例二提供的溝槽柵IGBT晶片的元胞結構的平面結構示意圖；
[0034]圖7是IGBT晶片導通時空穴和電子在兩個相鄰元胞的發射極之間的流向示意圖；
[0035]圖8是本發明實施例三提供的溝槽柵IGBT晶片的虛柵結構的簡化示意圖；
[0036]圖9(1)和圖9(2)是圖8所示的交匯處Il和12的局部放大圖；
[0037]圖10(1)至圖10(3)是第二交匯處在晶片上的分布示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述。
[0039]需要說明的是，溝槽柵IGBT晶片包括若干個並聯的元胞，每個元胞的結構通常都是相同的。本發明提供的溝槽柵IGBT晶片主要是對晶片的元胞結構進行的改進。為了突出本發明的改進點，本發明的【具體實施方式】著重介紹IGBT晶片的元胞結構和與元胞結構相關的一些結構，其它與元胞結構沒有直接關係的結構在本發明實施例中不作詳細介紹。
[0040]實施例一
[0041]圖2是本發明實施例一提供的溝槽柵IGBT晶片的半元胞結構的平面示意圖，圖3(a)是圖2所示的溝槽柵IGBT晶片的半元胞結構的沿χ-χ』方向的剖面示意圖，圖3(b)是圖2所示的溝槽柵IGBT晶片的半元胞結構的沿y_y』方向的剖面示意圖。
[0042]需要說明的是，實施例一所述的溝槽柵IGBT晶片是以N型襯底材料為例進行說明的。
[0043]如圖2所示，本發明實施例一提供的溝槽柵IGBT晶片的半元胞結構包括第I溝槽柵201和第II溝槽柵202，第I溝槽柵201和第II溝槽柵202之間由P型區域203隔離。所述半元胞結構還包括發射極204和N+源極區205，其中，N+源極區205位於所述發射極204與第I溝槽201之間。其中，發射極204和N+源極區205位於第I溝槽柵201的一側，第II溝槽柵202位於第I溝槽柵201的另一側。
[0044]參見圖3 (a)和圖3 (b)所示，發射極204和N+源極區205設置在P-基區206內。
[0045]如圖2和圖3(b)所示，本發明實施例提供的IGBT晶片還進一步包括第III溝槽柵207。如圖2所示，該第III溝槽柵207的柵長所在的直線與第II溝槽柵202的柵長所在的直線相交。也就是說，第III溝槽柵207的柵長在IGBT晶片上的方向不是沿著第II溝槽柵202的柵長在IGBT晶片上的方向，而是與第II溝槽柵202的方向相交，所以，第III溝槽柵的設置不會減小第II溝槽柵202的間距。
[0046]繼續參見圖3(a)和圖3(b)所示，第I溝槽柵201內的多晶矽301被晶片表面的多晶矽引出到晶片表面，並且該第I溝槽柵201的一側設置有發射極和N+源極區，該第I溝槽柵201為溝槽柵IGBT晶片的常規柵極。而第II溝槽柵202和第III溝槽柵207內的多晶矽301沒有引出到晶片表面，該兩溝槽內的多晶矽處於懸浮狀態，所以第II溝槽柵202和第III溝槽柵207為懸浮柵極。並且該第II溝槽柵202和第III溝槽柵207的周圍沒有設置發射極，所以，第II溝槽柵202和第III溝槽柵207為IGBT晶片的虛柵極。
[0047]需要說明的是，通常情況下，本領域技術人員為了增加虛柵溝槽密度，通常是在原來虛柵溝槽的同一方向上設置更多的虛柵溝槽。而本發明突破本領域技術人員的慣用想法，從另外一個方向設置更多的虛柵溝槽，實現在不縮小溝槽間距的情況下，增加溝槽密度。這種設置方法具有顯著的進步，具體表現在:
[0048]1、由於沒有縮小溝槽間距，所以，製備該IGBT晶片的工藝特徵尺寸也沒有縮小，所以增設的第III溝槽柵的數量受到工藝特徵尺寸的限度的較小。
[0049]2、相較於現有技術，製備本發明實施例一提供的溝槽柵IGBT晶片，不會增加設備的工藝難度和成本。
[0050]3、而且，可以採用現有的設備即可實現溝槽密度較高的IGBT晶片的製備。
[0051]4、另外，由於是在與原來虛柵不同的方向上設置更多的虛柵溝槽，所以，這種增加虛柵溝槽密度的設置方法不會受到工藝特徵尺寸和元胞尺寸的限制。相較於現有技術中的方法，該設置方法能夠使溝槽密度達到更高。
[0052]參見圖3(a)和圖3(b)所示，第I溝槽柵201、第II溝槽柵202以及第III溝槽柵207形成於襯底300的內部，該三個溝槽柵201、202和207均包括填充在溝槽內的多晶矽301，並且多晶矽301與襯底300之間通過絕緣層302隔離，所述絕緣層302可以為二氧化矽材料。
[0053]為了晶片的製備工藝在實現上更加簡便，優選第I溝槽柵、第II溝槽柵和第III溝槽柵的溝槽具有相同的溝槽深度和溝槽寬度。
[0054]另外，在本發明實施例中，如圖3(a)和圖3(b)所示，P型區域203與P-基區206的摻雜濃度和結深優選相同。
[0055]需要說明的是，在本發明實施例中，第III溝槽柵207的柵長所在的直線與第II溝槽柵202的柵長所在的直線優選垂直相交。另外，在本發明實施例中，第III溝槽柵207的柵長所在的直線與第II溝槽柵202的柵長所在的直線相交，並不意味著第III溝槽柵207與第II溝槽柵202是相互連接在一起的。實際上，在本發明實施例中，第III溝槽柵207與第II溝槽柵202可以相互連接在一起，也可以不連接在一起。當第II溝槽柵202均為多個時，第III溝槽柵207可以選擇性地與部分第II溝槽柵202連接。
[0056]另外，為了增強P型區域203內的空穴在晶片處於導通狀態時的電導調製效應，用於隔離溝槽柵的P型區域203優選處於懸浮狀態。即:P型區域203沒有被引出到晶片表面，也沒有進行接地處理，在電氣連接上，P型區域203處於懸浮狀態。
[0057]上述實施例所述的溝槽柵IGBT晶片的結構是以一個第II溝槽柵和一個第III溝槽柵為例進行說明的。實際上，為了增加元胞結構的溝槽密度，第II溝槽柵和第III溝槽柵均可以為多個。具體參見實施例二。
[0058]實施例二
[0059]實施例二所述的溝槽柵IGBT晶片的元胞結構與實施例一所述的溝槽柵IGBT晶片的元胞結構有諸多相似之處，為了簡要起見，本實施例僅對其不同之處進行著重說明。
[0060]圖4是本發明實施例二提供的溝槽柵IGBT晶片的半元胞結構的平面示意圖，圖5(a)是圖4所示的溝槽柵IGBT晶片的半元胞結構的沿χ-χ』方向的剖面示意圖，圖5(b)是圖4所示的溝槽柵IGBT晶片的半元胞結構的沿y_y』方向的剖面示意圖。
[0061]如圖4所示，實施例二所述的溝槽柵IGBT晶片的半元胞結構包括3個第II溝槽柵202和4個第III溝槽柵207，所述第II溝槽柵202分別為第I1-1溝槽柵2021、第I1-2溝槽柵2022、第I1-3溝槽柵2023。所述第III溝槽柵207分別為第II1-1溝槽柵2071、第II1-2溝槽柵2072、第II1-3溝槽柵2073、第II 1_4溝槽柵2074。在本發明實施例一中，每相鄰兩個第II溝槽柵之間的間距dl優選相同，每相鄰兩個第III溝槽柵之間的間距d2也優選相同。進一步地，每相鄰兩個第II溝槽柵之間的間距dl與每相鄰兩個第III溝槽柵之間的間距d2也優選相同，這種結構能夠在最小線寬的工藝下，使得溝槽柵的密度達到最大。因而，有利於降低晶片的導通電阻，提高晶片的耐壓性能。
[0062]為使晶片的製備工藝實現上更加簡便，優選第I溝槽柵、第II溝槽柵和第III溝槽柵的溝槽具有相同的溝槽深度和溝槽寬度。並且進一步優選地，任意兩個相鄰的第II溝槽柵、任意兩個相鄰的第III溝槽柵之間的間距相等。這是因為，這樣可以使得每個溝槽都處於相同的刻蝕氣氛下，因此，工藝的一致性很好。如各個溝槽的槽壁的形狀、各個溝槽的槽底的弧度基本一致。
[0063]在本發明實施例中，優選任意一個第III溝槽柵207均與至少兩個第II溝槽柵202連接。在圖4所示的平面結構中，任意一個第III溝槽柵207與三個第II溝槽柵202均相連，從而實現第III溝槽柵207與第II溝槽柵202的互連。
[0064]需要說明的是，當IGBT晶片上沒有設置第III溝槽柵207時，用於隔離第II溝槽柵202的P型區域203為一整體區域，但是當IGBT晶片上設置了與第II溝槽柵202相互連接的第III溝槽柵207以後，第II溝槽柵202和第III溝槽柵207構成了虛柵的網狀結構。圖6示出了具有第II溝槽柵和第III溝槽柵的IGBT晶片的一個元胞結構的平面示意圖。從圖6中可以看出，在第II溝槽柵202和第III溝槽柵207構成虛柵的網狀結構後，P型區域203就被分割成若干個相互隔離的P型子區域。很容易理解，相鄰P型子區域之間通過第II溝槽柵202和第III溝槽柵207實現相互隔離。也就是說，每個P型子區域被虛柵溝槽柵包圍。
[0065]當所有各個P型子區域處於懸浮狀態時，在晶片導通時，能夠形成更強的空穴阻擋效應。具體理由如下:
[0066]圖7是IGBT晶片導通時空穴和電子在兩個相鄰元胞的發射極之間的流向示意圖。從圖6中可以看出，在晶片導通時，從背部注入的空穴與從溝道注入的電子在N-基區匯合，形成電導調製，降低導通電阻。電子-空穴對的濃度越大，電導調製越強烈。從空穴的運動路徑可知，它是曲線，需要繞過溝槽柵才能被抽取出去，正是這個「繞」的過程(空穴阻擋)，造成了空穴在晶片正面表面附近處堆積，即提高了晶片正面表面處的空穴濃度，而為了維持電荷平衡，則有更多的電子從溝道注入，因此就增強了電導調製。如果在兩個元胞的發射極與發射極之間有多個虛柵，那麼空穴的運動路線就需要繞過多個虛柵，再繞過常規柵極，才能被抽取，因此一路上就能夠積累更多的空穴了，因此說虛柵可以增強電導調製。而且虛柵溝槽密度越大，電導調製越強。
[0067]另外，當所有各個P型子區域處於懸浮狀態時，能夠加速IGBT晶片在反向耐壓時的電子耗盡，因此能夠提高晶片的耐壓性能。這是因為:虛柵結構能夠降低懸浮P型子區域的電場強度。當IGBT晶片內設置有虛柵結構時，常規柵極底部的電場集中現象會得到緩解，因而有利於改善晶片的耐壓性能。並且設置的虛柵密度越大，耐壓性能的提高越明顯。
[0068]需要說明的是，上述實施例二所述的IGBT晶片中包括3個第II溝槽柵和4個第III溝槽柵，實際上，上述實施例僅是本發明實施例的一個示例，不應理解為對本發明實施例的限制。實際上，包括n(n彡1，η為整數)個第II溝槽柵和m(m彡1，m為整數)個第III溝槽柵的IGBT晶片均在本發明的保護範圍內。
[0069]上述實施例二所述的IGBT晶片中P型區域203被分割成若干個相互隔離的P型子區域，並且這些P型子區域均處於懸浮狀態。在晶片導通時，能夠增強電導調製效應，降低導通電阻，但是在晶片關斷時，注入到溝道內的大量空穴增加了抽取時間，降低了關斷速度，增加了關斷損耗，影響了晶片的安全工作區性能。為了克服上述缺陷，本發明還提供了實施例三。
[0070]實施例三
[0071]由於P型子區域處於懸浮狀態時會降低關斷速度，增加關斷損耗，影響晶片的安全工作區性能。所以，需要將P型子區域引出到晶片表面實現電氣上的接地連接。但是，當虛柵溝槽柵形成網狀結構後，被分割形成的每個P型子區域相互隔離，如果將每個P型子區域均實現電氣的接地連接，按照傳統方法，需要在每個懸浮P型子區域上都設置一個將P型子區域引出到晶片表面的引出窗口，這樣就會導致在設備和工藝水平的限制下，會因為引出窗口的存在導致單位面積內的溝槽數量減少，即降低溝槽密度，從而不利於降低晶片的導通電阻。
[0072]為了能夠不降低實施例二所述的溝槽柵IGBT晶片的溝槽密度，本發明實施例三提供了一種溝槽柵IGBT晶片的新結構。
[0073]實施例三所述的溝槽柵IGBT晶片與實施例二所述的溝槽柵IGBT晶片有諸多相似之處，為了簡要起見，本實施例僅對其不同之處進行著重說明。相似之處請參見實施例二的描述。
[0074]在本發明實施例中，由第II溝槽柵202和第III溝槽柵207相互連接構成的虛柵結構為網狀結構。需要說明的是，在本發明實施例中，第III溝槽柵207並不與其柵長方向的所有第II溝槽柵202均相互連接在一起，而是選擇地與部分第II溝槽柵202連接在一起。實施例三所述的溝槽柵IGBT晶片的元胞結構的平面圖和剖面圖與實施例二所述的IGBT晶片的元胞結構的平面圖和剖面圖基本相同，為了簡要起見，本實施例不再詳細描述其平面圖和剖面圖，具體請參見實施例二的附圖。
[0075]為了更加清楚地理解本發明實施例中的網狀結構的虛柵結構，下面將虛柵結構簡化為如圖8所示的結構。在圖8所示的虛柵結構中，每條直線表示一個溝槽柵，水平方向的直線為第III溝槽柵，豎直方向的直線為第II溝槽柵，每條直線的延伸方向對應溝槽的柵長方向。從圖8可以看出，表示第III溝槽柵的直線與表示第II溝槽柵的直線相交時形成了多個交點，這些交點為第III溝槽柵與第II溝槽柵的交匯處。在圖8中，直線之間的空白區域為IGBT晶片上的P型區域203，其被第III溝槽柵分割成若干個P型子區域。
[0076]需要說明的是，在本發明實施例中，形成的這些交匯處包括第一交匯處和第二交匯處，在第一交匯處，第III溝槽柵和第II溝槽柵相互連接在一起，為實交匯處，而在第二交匯處，第III溝槽柵與第II溝槽柵相互隔離不連接在一起，為虛交匯處。在圖8所示的結構中，用三角形標出的交匯處為第二交匯處，沒有用三角形標出的交匯處為第一交匯處。
[0077]在本發明實施例中，圖8所示的第一交匯處Il的局部放大圖如圖9(1)所示，第二交匯處12的局部放大圖如圖9(2)所示。
[0078]在圖9 (I)中，第III溝槽柵和第II溝槽柵相互連接在一起，在該第一交匯處周邊的四個P型子區域a、b、C、d相互隔離。這四個P型子區域相互獨立。
[0079]在圖9(2)所示的第二交匯處的位置，第III溝槽柵和第II溝槽柵沒有連接在一起，該第二交匯處周邊的四個P型子區域a』、b』、c』、d』在第二交匯處連接在一起。也就是說，在第二交匯處，周邊的四個P型子區域a』、b』、c』、d』形成了局部互連。為了將晶片內分割形成的所有P型子區域均實現電氣的接地連接，在本發明實施例三中的IGBT晶片中，還包括:設置在第二交匯處的引出窗口 W。該引出窗口 w能夠將其周邊的P型子區域引出到晶片表面，實現電氣的接地連接。
[0080]在第二交匯處，由於周邊的四個P型子區域a』、b』、c』、d』形成了局部互連，所以，P型子區域a』、b』、c』、d』為一個整體P型區域，因此，設置在第二交匯處的引出窗口 w能夠將四個P型子區域a』、b』、c』、d』均引出到晶片表面。相較於現有技術中每一個P型子區域均需要一個引出窗口引出的方案，本發明實施例提供的IGBT晶片減少了引出窗口的數量，能夠實現在不降低溝槽密度的情況下，將所有的P型子區域引出晶片表面。
[0081 ] 繼續參見圖9 (2)，設置在第二交匯處的引出窗口 w與第II溝槽柵和第III溝槽柵不相連。
[0082]為了方便描述，將第II溝槽柵和第III溝槽柵統稱為虛柵，作為本發明的一個具體實施例，該引出窗口w邊緣與虛柵溝槽柵的邊緣的間距大於或等於虛柵溝槽的寬度。
[0083]該引出窗口的形狀可以為任意形狀，當該引出窗口的形狀為正方形時，該引出窗口 w的邊長為虛柵溝槽寬度的2-4倍。該引出窗口 w內為高濃度P+摻雜，摻雜濃度大於5el9/cm3,以減小引出的接觸電阻。在該引出窗口 w的中心內設置開口 wl，通過開口 wl將鄰近的懸浮P型子區域引出到晶片表面，方便接地處理。在本發明實施例中，設置的開口 wl的大小為引出窗口 w區域的50%?80%。
[0084]需要說明的是，第二交匯處可以為第II溝槽柵和第III溝槽柵相交時的任意一個交匯處。但是，為了能夠採用儘可能少的引出窗口就能實現將所有的P型子區域均引出到晶片表面實現接地連接，在本發明實施例中，第二交匯處所處的位置能夠使每四個近鄰的P型子區域形成局部互連。進一步優選地，第二交匯處在晶片上的分布呈陣列分布，其中，陣列單元的形狀為矩形或菱形。當在這種分布結構的第二交匯處設置引出窗口時，能夠實現每四個相互近鄰的P型子區域共用一個引出窗口。
[0085]當陣列單元的形狀為矩形時，IGBT晶片的虛柵結構的平面示意圖如圖10(1)所示，此時，所述矩形的一邊長為相鄰兩個所述第II溝槽柵之間的間距的2倍，另一邊長為相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距的2倍。進一步地，當相鄰兩個第II溝槽柵之間的間距等於相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距時，陣列單元的形狀為正方形。
[0086]當陣列單元的形狀為菱形時，IGBT晶片的虛柵結構的平面示意圖如圖10⑵和圖10(3)所示。當陣列單元的形狀如圖10(2)所示的陣列單元的形狀時，該菱形的長軸平行於第II溝槽柵，此時，菱形的長軸長度為相鄰兩個所述第II溝槽柵之間的間距的4倍，短軸長度為相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距的2倍。
[0087]當陣列單元的形狀如圖10(3)所示的陣列單元時，菱形的長軸平行於第III溝槽柵，此時，菱形的長軸長度為相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距的4倍，短軸長度為相鄰兩個所述第II溝槽柵之間的間距的2倍。
[0088]需要說明的是，上述實施例一至三所述的IGBT晶片均以N型襯底材料為例說明的，實際上，作為本發明的擴展實施例，IGBT晶片也可以以P型襯底材料。當IGBT晶片為P型材料時，上述所述的各種導電類型區域需要做相應的改變。由於P型襯底材料形成的IGBT晶片與N型襯底材料形成的IGBT晶片只是導電類型的不同，其它結構相同，本領域技術人員只需將導電類型做相應變換即可得到P型襯底材料的IGBT晶片，所以，為了簡要起見，在此不再詳細描述P型襯底形成的IGBT晶片。
[0089]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種溝槽柵IGBT晶片，包括若干個相互並聯的元胞，每個元胞包括第I溝槽柵和第II溝槽柵，所述溝槽柵之間由第一導電類型區域隔離，所述第II溝槽位於所述第I溝槽的一側，在所述第I溝槽柵的另一側設置有發射極和第二導電類型的源極區，所述發射極和所述第二導電類型的源極區位於第一導電類型基區內，其特徵在於，所述溝槽柵IGBT晶片還包括:形成於所述第一導電類型區域內的第III溝槽柵，所述第III溝槽柵的柵長所在的直線與所述第II溝槽柵的柵長所在的直線相交；其中，所述第一導電類型與所述第二導電類型相反。
2.根據權利要求1所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，所述第II溝槽柵與所述第III溝槽柵相互連接。
3.根據權利要求1所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，所述第II溝槽柵和所述第III溝槽柵均為多個，所述第III溝槽中的任意一個均與至少兩個所述第II溝槽柵相互連接。
4.根據權利要求1或2所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，所述第III溝槽柵為多個，每相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距相同。
5.根據權利要求1或2所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，所述第II溝槽柵為多個，每相鄰兩個第II溝槽柵之間的間距相同。
6.根據權利要求1-3任一項所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，各個所述溝槽柵的溝槽寬度相同，和/或，各個所述溝槽柵的溝槽深度相同。
7.根據權利要求1-3任一項所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，所述溝槽柵IGBT晶片包括襯底，所述溝槽柵形成於所述襯底內部，所述溝槽柵包括填充在溝槽內的多晶矽，所述多晶矽與所述襯底之間通過絕緣層隔離。
8.根據權利要求7所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，填充在所述第I溝槽柵內的多晶矽引出到所述溝槽柵IGBT晶片表面，填充在所述第II溝槽和所述第III溝槽內的多晶矽處於懸浮狀態。
9.根據權利要求3所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，所述第一導電類型區域被分割成若干個第一導電類型子區域，每個所述第一導電類型的子區域處於懸浮狀態。
10.根據權利要求1所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，所述第II溝槽柵和所述第III溝槽柵均為多個，所述第III溝槽柵的柵長所在的直線與所述第II溝槽的柵長所在的直線相交時形成多個交匯處，所述多個交匯處包括多個第一交匯處和多個第二交匯處，在所述第一交匯處，第III溝槽柵與所述第II溝槽柵相互連接，在所述第二交匯處，所述第III溝槽柵與所述第II溝槽柵相互隔離。
11.根據權利要求10所述的IGBT晶片，其特徵在於，所述第二交匯處為多個，所述多個第二交匯處呈陣列分布，所述陣列單元的形狀為矩形或菱形； 所述矩形的一邊長為相鄰兩個所述第II溝槽柵之間的間距的2倍，另一邊長為相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距的2倍； 所述菱形的長軸長度為相鄰兩個所述第II溝槽柵之間的間距的4倍，短軸長度為相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距的2倍，或者，所述菱形的長軸長度為相鄰兩個所述第III溝槽柵之間的間距的4倍，短軸長度為相鄰兩個所述第II溝槽柵之間的間距的2倍。
12.根據權利要求10或11所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，所述第一導電類型區域被分割成若干個第一導電類型子區域，所述溝槽柵IGBT晶片還包括:設置在所述第二交匯處的引出窗口，所述引出窗口用於將所述第二交匯處周邊的各個第一導電類型子區域引出至晶片表面。
13.根據權利要求12所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，所述引出窗口區域為第一導電類型摻雜區，所述第一導電類型摻雜區的摻雜濃度大於5el9/cm3。
14.根據權利要求12所述的溝槽柵IGBT晶片，其特徵在於，所述引出窗口區域內設置有開口，所述開口用於將所述第二交匯處周邊的各個第一導電類型子區域引出至晶片表面。
【文檔編號】H01L29/06GK104183634SQ201410473229
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】劉國友, 覃榮震, 黃建偉 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司