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(dǎo)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(shí)，附加區(qū)能夠通過耗盡擴(kuò)展，將柵極溝槽包圍在耗盡區(qū)中，為其增加一個(gè)保護(hù)層，進(jìn)一步減小了功率器件失效的風(fēng)險(xiǎn)，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(chǎng)的熱潮，而作為新能源核心的IGBT也逐漸被受關(guān)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(chǎng)效應(yīng)管組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高輸入阻抗和電力晶體管的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。

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(dǎo)通壓降以及更強(qiáng)的抗閂鎖能力，其無JFET效應(yīng)，減小了器件導(dǎo)通時(shí)壓降，同時(shí)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(dǎo)致了刻蝕邊緣會(huì)引入大量缺陷，這就使得溝槽技術(shù)功率器件的魯棒性不如平面技術(shù)的功率器件。

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

圖1 IGBT芯片結(jié)構(gòu)示意圖

IGBT芯片結(jié)構(gòu)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(dǎo)電類型的截止層2、第一導(dǎo)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(dǎo)電類型區(qū)8、第二導(dǎo)電類型區(qū)7、絕緣層9、以及第二導(dǎo)電類型附加區(qū)11。

第一、第二導(dǎo)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(kuò)散等方法進(jìn)行摻雜。其主要區(qū)別就是第一導(dǎo)電區(qū)為重?fù)诫s，而第二導(dǎo)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(dǎo)電類型附加區(qū)11的設(shè)置使得在器件承受反偏電壓時(shí)將耗盡區(qū)連接起來，起到保護(hù)柵極溝槽區(qū)5的作用。

而且，絕緣層9在第一導(dǎo)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(jìn)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(xiàng)專利在常用IGBT芯片結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了一種導(dǎo)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(dāng)該IGBT芯片制成的功率器件承受反偏時(shí)，柵極溝槽旁的附加區(qū)能夠通過耗盡擴(kuò)展，將柵極溝槽包圍在耗盡區(qū)中，相當(dāng)于給柵極溝槽加上了一個(gè)保護(hù)層，尤其減小了柵極溝槽底部彎曲處的電場(chǎng)集中度，減小了功率器件失效的風(fēng)險(xiǎn)，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(dòng)工了10億的IGBT項(xiàng)目，由此足以見得比亞迪在IGBT芯片以及新能源汽車領(lǐng)域的毅力和決心。

關(guān)于嘉德

深圳市嘉德知識(shí)產(chǎn)權(quán)服務(wù)有限公司由曾在華為等世界500強(qiáng)企業(yè)工作多年的知識(shí)產(chǎn)權(quán)專家、律師、專利代理人組成，熟悉中歐美知識(shí)產(chǎn)權(quán)法律理論和實(shí)務(wù)，在全球知識(shí)產(chǎn)權(quán)申請(qǐng)、布局、訴訟、許可談判、交易、運(yùn)營(yíng)、標(biāo)準(zhǔn)專利協(xié)同創(chuàng)造、專利池建設(shè)、展會(huì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、跨境電商知識(shí)產(chǎn)權(quán)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)海關(guān)保護(hù)等方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。
責(zé)任編輯:tzh