本技術(shù)涉及半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域，尤其是涉及一種igbt元胞結(jié)構(gòu)及制作方法。

背景技術(shù)：

1、絕緣柵雙極性晶體管（igbt）已廣泛地應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)，是功率轉(zhuǎn)換的核心器件；絕緣柵雙極性晶體管（igbt）的短路時間是指igbt在短路條件下能夠持續(xù)導(dǎo)通而不發(fā)生故障的時間，也稱為“短路耐受時間”。

2、絕緣柵雙極性晶體管的通態(tài)壓降和短路時間成正相關(guān)，當短路時間增加時，通態(tài)壓降會增加；當短路時間增加較多時，通態(tài)壓降增加較多，不利于電路的應(yīng)用，兩者協(xié)調(diào)性較差。

3、為了解決上述問題，相關(guān)技術(shù)中，公布號為cn118943174a的專利公開了一種可快速關(guān)斷的igbt器件及其制作方法，該器件包括：n型襯底，n型襯底的正面設(shè)置有p型chp空穴低阻通道，p型chp空穴低阻通道的正面為正面發(fā)射極金屬區(qū)域；至少一溝槽區(qū)域，貫穿p型chp空穴低阻通道；空穴抽取區(qū)域，空穴抽取區(qū)域位于溝槽區(qū)域相對于正面發(fā)射極金屬區(qū)域的另一側(cè)；溝槽區(qū)域內(nèi)設(shè)置sg區(qū)域，sg區(qū)域的一端與正面發(fā)射極金屬區(qū)域歐姆接觸，另一端與空穴抽取區(qū)域歐姆接觸，sg區(qū)域的兩側(cè)依次設(shè)置有位于溝槽區(qū)域側(cè)壁的厚氧化層、多晶硅柵和柵氧化層。該方案能夠使igbt器件關(guān)斷時，背面注入的空穴載流子產(chǎn)生的電流快速切斷，避免產(chǎn)生拖尾電流，從而降低igbt器件的關(guān)斷損耗。

4、針對上述中的相關(guān)技術(shù)，在形成空穴流通路徑時，需要先形成空穴抽取區(qū)域，再形成sg區(qū)域，元胞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作工藝步驟多，形成的結(jié)構(gòu)不易控制。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種igbt元胞結(jié)構(gòu)及制作方法，能夠在保證通態(tài)壓降不增加的情況下，增加短路時間，并且能夠簡化元胞結(jié)構(gòu)和制作工藝。

2、第一方面,本技術(shù)提供的一種igbt元胞結(jié)構(gòu)采用如下的技術(shù)方案：

3、一種igbt元胞結(jié)構(gòu)，包括：

4、漂移層，開設(shè)有第一溝槽，所述第一溝槽內(nèi)設(shè)有柵極，所述柵極的相對側(cè)邊相接有體區(qū)；

5、空穴低阻通道，設(shè)于所述體區(qū)內(nèi)，所述空穴低阻通道與柵極不相接，所述空穴低阻通道的深度與所述體區(qū)的結(jié)深相等，所述體區(qū)內(nèi)還設(shè)有與所述柵極鄰接的發(fā)射區(qū)，所述體區(qū)上表面開設(shè)有下凹式接觸孔，所述下凹式接觸孔孔底設(shè)有重摻雜歐姆接觸區(qū)，所述重摻雜歐姆接觸區(qū)與所述空穴低阻通道形成歐姆接觸；

6、發(fā)射極、柵金屬與集電極，所述發(fā)射極設(shè)置于所述下凹式接觸孔和漂移層上表面，所述柵金屬與發(fā)射極隔開且與柵極連接，所述集電極設(shè)置在所述漂移層下表面。

7、通過采用上述技術(shù)方案，與背景技術(shù)中的相關(guān)技術(shù)相比，本技術(shù)方案結(jié)構(gòu)更加簡化、工藝更為簡單，制作難度更低，并且在保證通態(tài)壓降不增加的情況下，能夠有效降低寄生npn三極管的基區(qū)壓降，增加閂鎖電流密度，提高短路時間能力。

8、可選的，所述空穴低阻通道的寬度是所述體區(qū)寬度的1/3-2/3。

9、通過采用上述技術(shù)方案，空穴低阻通道的寬度被精確控制在體區(qū)寬度的1/3到2/3范圍內(nèi)，從而顯著降低了寄生npn三極管的基區(qū)壓降，進一步提高了閂鎖電流密度。這種設(shè)計不僅優(yōu)化了空穴在p-body區(qū)域內(nèi)的流動路徑，還增強了igbt晶體管的短路耐受能力，提升了整體性能穩(wěn)定性。

10、可選的，所述柵極和所述空穴低阻通道沿橫向延伸，所述發(fā)射區(qū)沿橫向間隔設(shè)置多個。

11、通過采用上述技術(shù)方案，柵極和空穴低阻通道沿橫向延伸，使得空穴可以在水平方向上順暢流動，降低了寄生npn三極管的基區(qū)壓降，從而提升了短路時間能力。同時，發(fā)射區(qū)沿橫向間隔設(shè)置多個，并且兩側(cè)分別與第一溝槽及發(fā)射極接觸，這種設(shè)計優(yōu)化了電流分布，進一步增強了器件的可靠性和性能穩(wěn)定性。

12、可選的，所述重摻雜歐姆接觸區(qū)環(huán)繞設(shè)置在所述空穴低阻通道的周側(cè)邊。

13、通過采用上述技術(shù)方案，確?？昭娏髟谠麅?nèi)的流動更加順暢，減少局部熱效應(yīng)，提高器件的整體性能和可靠性。

14、可選的，所述第一溝槽包括主溝槽和虛擬溝槽，所述空穴低阻通道設(shè)置在相鄰所述主溝槽之間，所述虛擬溝槽設(shè)在所述主溝槽遠離空穴低阻通道的一側(cè)。

15、通過采用上述技術(shù)方案，虛擬溝槽柵結(jié)構(gòu)可以用于降低飽和電流密度，從而提高器件的抗短路能力。這種設(shè)計在不改變柵極密度的前提下，通過部分柵極僅用于維持耐壓，達到優(yōu)化器件性能的目的。

16、可選的，所述漂移層和發(fā)射區(qū)為第一導(dǎo)電類型，所述體區(qū)、空穴低阻通道以及重摻雜歐姆接觸區(qū)為第二導(dǎo)電類型，所述第一導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型相反。

17、通過采用上述技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)igbt元胞結(jié)構(gòu)中不同導(dǎo)電類型的區(qū)域合理分布，從而優(yōu)化載流子傳輸路徑，減少寄生效應(yīng)的影響。具體來說，第一導(dǎo)電類型的漂移層和發(fā)射區(qū)有助于提高器件的耐壓性能，而第二導(dǎo)電類型的體區(qū)、空穴低阻通道以及重摻雜歐姆接觸區(qū)則降低了空穴在p-body區(qū)域內(nèi)的電阻，進而提升了器件的整體性能，特別是在短路時間和通態(tài)壓降方面表現(xiàn)出更好的協(xié)調(diào)性。

18、第二方面,?本技術(shù)提供的一種igbt元胞結(jié)構(gòu)的制作方法采用如下的技術(shù)方案：

19、一種igbt元胞結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟：

20、s10、提供漂移層，刻蝕所述漂移層形成第一溝槽，往所述第一溝槽內(nèi)填充多晶硅形成柵極；

21、s20、通過離子注入和擴散在所述漂移層內(nèi)形成體區(qū)，所述體區(qū)相接所述第一溝槽的相對側(cè)邊；

22、s30、刻蝕所述體區(qū)形成填充溝槽，在所述填充溝槽內(nèi)形成重摻雜的空穴低阻通道，所述空穴低阻通道的深度與所述體區(qū)的結(jié)深相等，所述空穴低阻通道與柵極不相接；

23、s40、往所述體區(qū)上表面注入離子形成發(fā)射區(qū)，所述發(fā)射區(qū)與所述第一溝槽鄰接且所述發(fā)射區(qū)位于空穴低阻通道的兩側(cè)；

24、s50、刻蝕所述體區(qū)上表面形成下凹式接觸孔，往所述下凹式接觸孔注入離子形成重摻雜歐姆接觸區(qū)，所述重摻雜歐姆接觸區(qū)與所述空穴低阻通道形成歐姆接觸，所述發(fā)射區(qū)、重摻雜歐姆接觸區(qū)以及空穴低阻通道上表面顯露于所述下凹式接觸孔內(nèi)壁；

25、s60、淀積金屬在所述下凹式接觸孔內(nèi)與漂移層上表面形成發(fā)射極，淀積金屬形成柵金屬，柵金屬與發(fā)射極隔開且與柵極連接，淀積金屬在漂移層下表面形成集電極。

26、通過采用上述技術(shù)方案，該igbt元胞結(jié)構(gòu)的制作方法能夠顯著提高空穴在體區(qū)內(nèi)的傳輸效率，從而有效降低寄生npn三極管的基區(qū)壓降。這不僅提升了鎖電流密度，增強了短路耐受能力，還能在保持較低通態(tài)壓降的同時延長短路時間，優(yōu)化了器件的整體性能和可靠性。

27、可選的，所述步驟s30中，所述空穴低阻通道的寬度是所述體區(qū)寬度的1/3-2/3。

28、可選的，所述步驟s40中，所述柵極和所述空穴低阻通道沿橫向延伸，所述發(fā)射區(qū)沿橫向間隔設(shè)置多個。

29、可選的，所述步驟s10中，所述第一溝槽包括主溝槽和虛擬溝槽，所述空穴低阻通道設(shè)置在相鄰所述主溝槽之間，所述虛擬溝槽設(shè)在所述主溝槽遠離空穴低阻通道的一側(cè)。

30、通過采用上述技術(shù)方案，主溝槽和虛擬溝槽的設(shè)計能夠優(yōu)化igbt元胞結(jié)構(gòu)的空間布局，減少寄生效應(yīng)的影響。具體來說，空穴低阻通道設(shè)置在相鄰的主溝槽之間，有助于形成更加均勻的電場分布，從而提高器件的耐壓性能。同時，虛擬溝槽的存在可以有效地屏蔽外部干擾，增強器件的穩(wěn)定性和可靠性，進一步提升短路承受能力和開關(guān)速度。

31、綜上所述，本技術(shù)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

32、1.與與背景技術(shù)中的相關(guān)技術(shù)相比，本技術(shù)方案結(jié)構(gòu)更加簡化、工藝更為簡單，制作難度更低，并且在保證通態(tài)壓降不增加的情況下，能夠有效降低寄生npn三極管的基區(qū)壓降，增加閂鎖電流密度，提高短路時間能力；

33、2.柵極和空穴低阻通道沿橫向延伸，使得空穴可以在水平方向上順暢流動，降低了寄生npn三極管的基區(qū)壓降，從而提升了短路時間能力。同時，發(fā)射區(qū)沿橫向間隔設(shè)置多個，并且兩側(cè)分別與第一溝槽及發(fā)射極接觸，這種設(shè)計優(yōu)化了電流分布，進一步增強了器件的可靠性和性能穩(wěn)定性；

34、3.主溝槽和虛擬溝槽的設(shè)計能夠優(yōu)化igbt元胞結(jié)構(gòu)的空間布局，減少寄生效應(yīng)的影響。具體來說，空穴低阻通道設(shè)置在相鄰的主溝槽之間，有助于形成更加均勻的電場分布，從而提高器件的耐壓性能。同時，虛擬溝槽的存在可以有效地屏蔽外部干擾，增強器件的穩(wěn)定性和可靠性，進一步提升短路承受能力和開關(guān)速度。