高压Trench绝缘栅双极晶体管（IGBT）是一种先进的半导体器件，广泛应用于电力电子领域，如电机驱动、变频器、电源转换等。它的主要优势在于能够承受高电压、处理大电流，并具有低饱和电压、高速开关和优良的热性能。本篇将详细解析高压Trench IGBT的结构设计、工艺设计及其制作过程。 一、结构设计 1. Trench沟槽结构：高压Trench IGBT的核心特征是其独特的Trench沟槽结构。这种结构通过在N型漂移区中刻蚀深而窄的沟槽，形成P+隔离柱，有效降低了通态电阻，提高了器件的开关速度。同时，沟槽结构增强了电场分布的均匀性，提升了器件的耐压能力。 2. 器件层次：典型的高压Trench IGBT包括N+发射极层、P基区、多晶硅栅极、N型漂移区以及顶层金属接触。N+发射极层用于收集电流，P基区提供载流子传输，多晶硅栅极控制器件的导通和截止，N型漂移区决定器件的耐压，顶层金属接触则与外部电路连接。 3. 结构优化：为了进一步提高性能，结构设计中还会考虑减小栅极氧化层厚度、优化漂移区掺杂浓度分布、改善接触电阻等，以降低损耗并提升热稳定性。 二、工艺设计 1. 沟槽刻蚀工艺：采用光刻和干法刻蚀技术，精确控制沟槽的深度和宽度，以实现理想的电场分布和低通态电阻。 2. 区域掺杂工艺：利用离子注入或扩散工艺在特定区域进行掺杂，如在漂移区和基区分别掺杂不同类型的杂质，以调整载流子类型和浓度，达到优化器件性能的目的。 3. 多晶硅栅极制备：通过化学气相沉积（CVD）在栅极区域形成多晶硅层，随后进行刻蚀形成栅极结构。栅极氧化层的生长和钝化也是关键步骤，它决定了栅极的绝缘性能。 4. 表面处理和封装：器件表面的钝化层可以保护内部结构免受环境侵蚀，提高可靠性。封装工艺则确保器件与外部电路的连接稳定，同时具备良好的散热性能。 三、制作流程 1. 基片准备：选择适合的硅片作为基底，进行初始清洗和掺杂处理。 2. 沟槽刻蚀：通过光刻胶掩模，进行干法刻蚀形成沟槽。 3. 掺杂工艺：对基区和漂移区进行离子注入或扩散掺杂。 4. 栅极制备：沉积多晶硅并进行光刻、刻蚀，形成栅极结构，接着生长和处理栅极氧化层。 5. 接触和互联：形成源极、漏极和栅极的金属接触，并进行金属互连，形成外部引脚。 6. 表面处理：进行表面钝化处理，增强器件的耐湿性和抗静电能力。 7. 封装：将裸片进行切割，然后封装成芯片，连接外部引脚，完成最终产品。 总结，高压Trench IGBT的结构设计和工艺设计是其高性能的关键。结构设计中的Trench沟槽、层次布局和优化细节，以及工艺设计中的沟槽刻蚀、掺杂、栅极制备等步骤，共同决定了器件的电气特性和可靠性。通过精心的制作流程，这些设计得以实现，最终制造出高效、可靠的高压Trench IGBT。

《沟槽栅场截止型IGBT功率器件模拟》 在电力电子系统中，尤其是在中高压领域，绝缘栅双极晶体管（IGBT）是相对于MOSFET和BJT更受青睐的开关器件。IGBT技术的发展日新月异，其中场截止型IGBT（FS-IGBT）因其在短路故障时间（tsc）、开启电压（Von）、开关速度以及在给定封装尺寸下的高电流承载能力等方面的优异表现，得到了广泛应用[1]。为了进一步提升器件性能，人们在FS-IGBT结构中引入了n型注入掺杂层，位于p阱层和n漂移层之间，这样的器件被称为NI-FS-IGBT[1]。 本项目利用Synopsys公司的TCAD Sentaurus™工具，进行了二维工艺、器件及混合模式的器件/电路模拟研究，以探讨NI-FS-IGBT的特性。Sentaurus是一款由Synopsys公司注册并拥有的商标，它提供了先进的半导体器件模拟功能，能够对复杂的半导体工艺和器件行为进行精确建模。 在工艺模拟阶段，Sentaurus Process被用来创建沟槽栅场截止型IGBT的结构。这个过程涉及多个步骤，包括定义材料、设置掺杂浓度、定义几何形状等，以形成具有n型注入层的器件结构。该n型注入层的掺杂浓度对器件的性能至关重要，因为它可以改善器件的导通电压和关断状态下的能量损失。 在器件模拟阶段，通过Sentaurus Device模拟了设备的关键特性，如集电极-栅极电压（Ic-Vg）曲线、集电极-发射极电压（Ic-Vc）曲线、电容特性和击穿电压。这些模拟结果有助于理解器件的工作原理和性能特征。同时，通过对开关特性的模拟，可以计算出器件在导通和关断状态下的能量消耗，这对于评估器件在实际应用中的效率至关重要。 进一步地，本项目还进行了电热模拟，这涉及到在短路操作条件下器件的失效时间分析。电热模拟考虑了器件工作时的热量产生和散热情况，对于理解和优化器件的热管理有重要意义。通过这些模拟，可以预测器件在极端条件下的稳定性，以及可能的热失效模式。 总结而言，本项目利用Sentaurus软件对沟槽栅场截止型IGBT进行了详尽的仿真研究，包括工艺设计、器件特性和电热特性，旨在通过n型注入掺杂层优化器件性能。这些研究成果对于提高IGBT的性能指标，如降低导通电压、减少关断状态的能量损失，以及增强短路耐受能力等方面提供了理论依据和技术支持，对IGBT的未来设计和应用具有深远影响。

A novel diode-clamped carrier stored trench bipolar transistor (CSTBT) with improved performances is proposed. The improvement has been achieved by introducing a P-layer region under the trench gate, which is connected to the cathode electrode through two integrated series diodes. In the blocking-state, almost all of the reverse voltage is sustained by Player/N-drift junction, which makes the doping concentration of the carrier stored layer is independent of the breakdown voltage,thus overcoming