比亞迪的IGBT芯片專利解析

比亞迪的IGBT芯片專利，通過添加導電類型的附加區(qū)，使得含有該IGBT芯片的功率器件承受反偏時，附加區(qū)能夠通過耗盡擴展，將柵極溝槽包圍在耗盡區(qū)中，為其增加一個保護層，進一步減小了功率器件失效的風險，提高了魯棒性。

隨著今年10月《新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》的發(fā)布，新能源汽車再次推上了市場的熱潮，而作為新能源核心的IGBT也逐漸被受關注。

絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是由雙極型三極管和絕緣柵型場效應管組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，兼有金屬氧化物半導體場效應晶體管的高輸入阻抗和電力晶體管的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。

IGBT包括溝槽柵IGBT和平面柵IGBT。溝槽柵IGBT相比于平面柵IGBT具有更小的導通壓降以及更強的抗閂鎖能力，其無JFET效應，減小了器件導通時壓降，同時提高了單位面積的電流密度。然而，在溝槽柵IGBT中，溝槽的刻蝕導致了刻蝕邊緣會引入大量缺陷，這就使得溝槽技術功率器件的魯棒性不如平面技術的功率器件。

為此，比亞迪在2018年10月31日申請了一項名為“IGBT芯片及其制造方法”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?01811291406.4），申請人為比亞迪股份有限公司。

圖1 IGBT芯片結構示意圖

IGBT芯片結構示意圖如圖1所示，該IGBT芯片包括依次層疊的背面金屬層1、第二導電類型的截止層2、第一導電類型的襯底3、有源區(qū)和發(fā)射極金屬層10。其中，有源區(qū)包括柵極溝槽5、發(fā)射極溝槽6、溝槽氧化層4、第一導電類型區(qū)8、第二導電類型區(qū)7、絕緣層9、以及第二導電類型附加區(qū)11。

第一、第二導電類型區(qū)均采用了高斯或線性分布的摻雜濃度，并通過注入、驅(qū)入擴散等方法進行摻雜。其主要區(qū)別就是第一導電區(qū)為重摻雜，而第二導電中的類型區(qū)7、附加區(qū)11和截止層12均采用了輕摻雜方式。另外，第二導電類型附加區(qū)11的設置使得在器件承受反偏電壓時將耗盡區(qū)連接起來，起到保護柵極溝槽區(qū)5的作用。

而且，絕緣層9在第一導電類型外延層上表面覆蓋填充有多晶硅的柵極溝槽5，一方面用于防止外部雜質(zhì)進入柵極溝槽5，影響閾值電壓，另外一方面使柵極溝槽5與發(fā)射極金屬層10隔離，防止短路影響電氣特性。

比亞迪此項專利在常用IGBT芯片結構的基礎上，增加了一種導電類型的附加區(qū)，該附加區(qū)將與柵極溝槽相鄰的溝槽的底部包圍。這樣，當該IGBT芯片制成的功率器件承受反偏時，柵極溝槽旁的附加區(qū)能夠通過耗盡擴展，將柵極溝槽包圍在耗盡區(qū)中，相當于給柵極溝槽加上了一個保護層，尤其減小了柵極溝槽底部彎曲處的電場集中度，減小了功率器件失效的風險，提高了魯棒性。

比亞迪從2005年就開始布局IGBT產(chǎn)品，在過去的十五年里，比亞迪不斷推陳出新，并且今年還開始動工了10億的IGBT項目，由此足以見得比亞迪在IGBT芯片以及新能源汽車領域的毅力和決心。

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