CN104518009B - Igbt器件的栅极结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IGBT器件的栅极结构，IGBT器件由多个IGBT单元结构并联形成，各IGBT单元结构都包括一个栅极单元；各栅极单元采用网状结构的方式并联形成一组以上栅极并联结构，各栅极并联结构并联形成栅极结构；各栅极并联结构中的各栅极单元都呈条形且平行排列且作为栅极并联结构的最底级，相邻的多个栅极单元并联在一起作为最底级的上一级的子单元，栅极并联结构的各对应级的相邻的多个子单元并联在一起作为各对应级的上一级的子单元；栅极结构的所有栅极并联结构的最顶级连接在一起并和一栅极焊盘连接。本发明能使栅极电阻的调整简单、且能改善器件的均匀性以及改善器件的温升特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种IGBT器件的栅极结构。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)，是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和电力晶体管(GTR)即耐高电压、大电流的双极结型晶体管的低导通压降两方面的优点。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
在IGBT产品的应用中，驱动电路和IGBT产品以及快恢复二极管(FAST RECOVEREDDIODE，FRD)芯片的匹配非常重要，如果匹配不好，IGBT芯片不能正常的工作，严重的话可能会导致芯片烧毁。在某些应用中，会有意增大IGBT器件栅极电阻来匹配驱动电路。
如图1所示，IGBT器件的应用电路；IGBT器件103还集成有FRD器件，IGBT器件103的栅极通过门极驱动电路(GDU)102进行驱动，供电电源101为门极驱动电路102供电，图1中共有两个IGBT器件103组成串联结构。一个IGBT器件103的发射极和集电极之间串联有作为负载的电阻Rload和Lload，在电感Ls和电容C0串联在顶部LGBT的集电极和底部IGBT的发射极之间。图1中IGBT器件103的栅电阻Rg较小时会导致开通时间太小，di/dt太大，导致电流过冲引起器件烧毁。所以需要有意增大IGBT器件103的栅极电阻Rg。
如图2所示，是现有IGBT器件的栅极结构201的示意图；IGBT器件由多个IGBT单元结构并联形成，各所述IGBT单元结构都包括一个栅极单元202。
在俯视面上，各所述栅极单元202排列成一组或多组栅极并联结构203，图2中示意出了2组成栅极并联结构，栅极并联结构如虚线框203所示。区域204所对应的放大图即栅极放大版图如图2的右侧图所示，同一栅极并联结构203中的各栅极单元202都呈条形且平行排列，各栅极单元202通过连线205并联在一起。各栅极并联结构203的连线205连接在一起并和栅极焊盘206连接。
现有常用的增加栅极电阻Rg方案：
设计方面：通过在IGBT器件的栅极上再串联一个多晶硅电阻。由于IGBT器件是由多个单元结构并联而成，所以其栅极结构也是由多个栅极单元并联而成，之间在栅极结构的外部简单串联一个多晶硅电阻会使得电流的均匀性变差，对整个器件的均匀性产生不利影响，对栅极结构的各栅极单元的电阻的增加的也不均匀，设计较复杂。
工艺方面：通过改变IGBT器件的栅极多晶硅的掺杂来增加栅极多晶硅电阻；这种方法需要改变栅极多晶硅的掺杂工艺条件，会使得温升变差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种IGBT器件的栅极结构，能使栅极电阻的调整简单、且能改善器件的均匀性以及改善器件的温升特性。
为解决上述技术问题，本发明提供的IGBT器件的栅极结构所对应的IGBT器件由多个IGBT单元结构并联形成，各所述IGBT单元结构都包括一个栅极单元。
在俯视面上，各所述栅极单元排列成一组或多组栅极并联结构，各所述栅极单元采用网状结构的方式并联形成各所述栅极并联结构，各所述栅极并联结构并联形成所述IGBT器件的栅极结构。
各所述栅极并联结构中的各所述栅极单元都呈条形且平行排列且作为所述栅极并联结构的最底级，相邻的多个所述栅极单元并联在一起作为所述最底级的上一级的子单元，所述栅极并联结构的各对应级的相邻的多个子单元并联在一起作为各对应级的上一级的子单元；所述栅极结构的所有所述栅极并联结构的最顶级连接在一起并和一栅极焊盘连接。
通过各所述栅极并联结构的最顶级和最底级之间的连接结构调节所述栅极结构的电阻，各所述栅极并联结构的最顶级和最底级之间的连接结构的串联电阻越大、所述栅极结构的电阻越大。
进一步的改进是，各所述栅极单元以及各所述栅极并联结构的最顶级和最底级之间的连接结构都由多晶硅组成。
进一步的改进是，对于各所述栅极并联结构的任一级，该级的各子单元并联结构中所包含的子单元的数目相同。
进一步的改进是，各所述栅极并联结构的最顶级和最底级之间串联的级数越多，各所述栅极并联结构的最顶级和最底级之间的连接结构的串联电阻越大，所述栅极结构的电阻越大。
本发明采用网状结构的方式将各栅极单元并联形成各栅极并联结构，能够在不需要改变各栅极单元的工艺条件如多晶硅掺杂的条件下增加栅极结构的电阻，这种网状结构对栅极电阻的调整非常容易计算，有助于加快设计流片以及后期验证的整个周期；同时，还优化了电流的均匀性，对整个器件的均匀性有改善，改善了温升特性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是IGBT器件的应用电路；
图2是现有IGBT器件的栅极结构的示意图；
图3是本发明实施例IGBT器件的栅极结构的示意图。
具体实施方式
如图3所示，是本发明实施例IGBT器件的栅极结构301的示意图。本发明实施例的IGBT器件由多个IGBT单元结构并联形成，各所述IGBT单元结构都包括一个栅极单元302。
在俯视面上，各所述栅极单元302排列成一组或多组栅极并联结构，其中一组栅极并联结构如图3中的虚线框303所示。各所述栅极单元302采用网状结构的方式并联形成各所述栅极并联结构，各所述栅极并联结构并联形成所述IGBT器件的栅极结构301。
区域304所对应的放大图即栅极放大版图如图3的右侧图所示，各所述栅极并联结构中的各所述栅极单元302都呈条形且平行排列且作为所述栅极并联结构的最底级，相邻的多个所述栅极单元302并联在一起作为所述最底级的上一级的子单元，所述栅极并联结构的各对应级的相邻的多个子单元并联在一起作为各对应级的上一级的子单元；所述栅极结构301的所有所述栅极并联结构的最顶级306连接在一起并和一栅极焊盘连接。图3中所示的所述栅极并联结构共包括了4级，即最底级、中间的两级305a和305b、最顶级306。
通过各所述栅极并联结构的最顶级306和最底级之间的连接结构调节所述栅极结构301的电阻，各所述栅极并联结构的最顶级306和最底级之间的连接结构的串联电阻越大、所述栅极结构301的电阻越大。
各所述栅极单元302以及各所述栅极并联结构的最顶级306和最底级之间的连接结构都由多晶硅组成。
对于各所述栅极并联结构的任一级，该级的各子单元并联结构中所包含的子单元的数目相同。如图3中的最底级中每4个各所述栅极单元302并联在一起，级305a也是4个对应的子单元并联在一起，级305b中则是由2个对应的子单元并联在一起，最顶级306则将对应的子单元都连接在一起。
由图3可知，各所述栅极并联结构的最顶级306和最底级之间串联的级数越多，各所述栅极并联结构的最顶级306和最底级之间的连接结构的串联电阻越大，所述栅极结构301的电阻越大。而且，本发明实施例的这种网状结构对栅极电阻的调整非常容易计算，有助于加快设计流片以及后期验证的整个周期；同时，还优化了电流的均匀性，对整个器件的均匀性有改善，改善了温升特性。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种IGBT器件的栅极结构，其特征在于：IGBT器件由多个IGBT单元结构并联形成，各所述IGBT单元结构都包括一个栅极单元；
在俯视面上，各所述栅极单元排列成一组或多组栅极并联结构，各所述栅极单元采用网状结构的方式并联形成各所述栅极并联结构，各所述栅极并联结构并联形成所述IGBT器件的栅极结构；
各所述栅极并联结构中的各所述栅极单元都呈条形且平行排列且作为所述栅极并联结构的最底级，相邻的多个所述栅极单元并联在一起作为所述最底级的上一级的子单元，所述栅极并联结构的各对应级的相邻的多个子单元并联在一起作为各对应级的上一级的子单元；所述栅极结构的所有所述栅极并联结构的最顶级连接在一起并和一栅极焊盘连接；
通过各所述栅极并联结构的最顶级和最底级之间的连接结构调节所述栅极结构的电阻，各所述栅极并联结构的最顶级和最底级之间的连接结构的串联电阻越大、所述栅极结构的电阻越大；
各所述栅极单元以及各所述栅极并联结构的最顶级和最底级之间的连接结构都由多晶硅组成，且各所述栅极单元以及各所述栅极并联结构的最顶级和最底级之间的连接结构的多晶硅为位于同一层版图中且工艺条件相同，以易于调整所述栅极结构的电阻。
2.如权利要求1所述IGBT器件的栅极结构，其特征在于：对于各所述栅极并联结构的任一级，该级的各子单元并联结构中所包含的子单元的数目相同。
3.如权利要求1所述IGBT器件的栅极结构，其特征在于：各所述栅极并联结构的最顶级和最底级之间串联的级数越多，各所述栅极并联结构的最顶级和最底级之间的连接结构的串联电阻越大，所述栅极结构的电阻越大。
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