比亚迪的IGBT芯片专利解析

比亚迪的IGBT芯片专利，通过添加导电类型的附加区，使得含有该IGBT芯片的功率器件承受反偏时，附加区能够通过耗尽扩展，将栅极沟槽包围在耗尽区中，为其增加一个保护层，进一步减小了功率器件失效的风险，提高了鲁棒性。

随着今年10月《新能源汽车产业规划》的发布，新能源汽车再次推上了市场的热潮，而作为新能源核心的IGBT也逐渐被受关注。

绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有金属氧化物半导体场效应晶体管的高输入阻抗和电力晶体管的低导通压降两方面的优点。

IGBT包括沟槽栅IGBT和平面栅IGBT。沟槽栅IGBT相比于平面栅IGBT具有更小的导通压降以及更强的抗闩锁能力，其无JFET效应，减小了器件导通时压降，同时提高了单位面积的电流密度。然而，在沟槽栅IGBT中，沟槽的刻蚀导致了刻蚀边缘会引入大量缺陷，这就使得沟槽技术功率器件的鲁棒性不如平面技术的功率器件。

为此，比亚迪在2018年10月31日申请了一项名为“IGBT芯片及其制造方法”的发明专利（申请号：201811291406.4），申请人为比亚迪股份有限公司。

图1 IGBT芯片结构示意图

IGBT芯片结构示意图如图1所示，该IGBT芯片包括依次层叠的背面金属层1、第二导电类型的截止层2、第一导电类型的衬底3、有源区和发射极金属层10。其中，有源区包括栅极沟槽5、发射极沟槽6、沟槽氧化层4、第一导电类型区8、第二导电类型区7、绝缘层9、以及第二导电类型附加区11。

第一、第二导电类型区均采用了高斯或线性分布的掺杂浓度，并通过注入、驱入扩散等方法进行掺杂。其主要区别就是第一导电区为重掺杂，而第二导电中的类型区7、附加区11和截止层12均采用了轻掺杂方式。另外，第二导电类型附加区11的设置使得在器件承受反偏电压时将耗尽区连接起来，起到保护栅极沟槽区5的作用。

而且，绝缘层9在第一导电类型外延层上表面覆盖填充有多晶硅的栅极沟槽5，一方面用于防止外部杂质进入栅极沟槽5，影响阈值电压，另外一方面使栅极沟槽5与发射极金属层10隔离，防止短路影响电气特性。

比亚迪此项专利在常用IGBT芯片结构的基础上，增加了一种导电类型的附加区，该附加区将与栅极沟槽相邻的沟槽的底部包围。这样，当该IGBT芯片制成的功率器件承受反偏时，栅极沟槽旁的附加区能够通过耗尽扩展，将栅极沟槽包围在耗尽区中，相当于给栅极沟槽加上了一个保护层，尤其减小了栅极沟槽底部弯曲处的电场集中度，减小了功率器件失效的风险，提高了鲁棒性。

比亚迪从2005年就开始布局IGBT产品，在过去的十五年里，比亚迪不断推陈出新，并且今年还开始动工了10亿的IGBT项目，由此足以见得比亚迪在IGBT芯片以及新能源汽车领域的毅力和决心。

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