CN112510035B - 一种igbt器件及智能功率模块 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种IGBT器件及智能功率模块。该IGBT器件包括：衬底、第一IGBT元胞、第二IGBT元胞、第一绝缘层和第二绝缘层，第一IGBT元胞和第二IGBT元胞依次层叠设置于衬底上，并由第一绝缘层进行隔离，第二绝缘层盖设于第二IGBT元胞背离衬底的一侧，第一绝缘层内埋设有第一栅极，第二绝缘层内埋设有第二栅极，第一栅极用于同时控制第一IGBT元胞和第二IGBT元胞，第二栅极用于至少控制第二IGBT元胞，第一栅极和第二栅极彼此电连接。通过这种方式，能够提高IGBT器件的耐压性能和电流处理能力，降低导通电阻，进而能够减少IGBT器件的功耗。

Description

一种IGBT器件及智能功率模块
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种IGBT器件及智能功率模块。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)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器件的高输入阻抗和电力晶体管的低导通压降两方面的优点，由于IGBT具有驱动功率小而饱和压降低的优点，目前IGBT作为一种新型的电力电子器件被广泛应用到各个领域。
IGBT通常可以分为横向IGBT和垂直IGBT。基于SOI工艺的IGBT通常采用横向结构(SOI-LIGBT)。随着半导体工艺的发展，SOI-LIGBT和其驱动控制电路可以集成在一起，并成为当前智能功率模块重要的研究方向。提升SOI-LIGBT的性能也成为研究的重点之一。
本申请的发明人在长期的研发过程发现，现有SOI-IGBT耐压性能和电流处理能力不够强。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是如何提高IGBT器件的耐压性能和电流处理能力，进而减少IGBT器件的功耗。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种IGBT器件。该IGBT器件包括：衬底、第一IGBT元胞、第二IGBT元胞、第一绝缘层和第二绝缘层，第一IGBT元胞和第二IGBT元胞依次层叠设置于衬底上，并由第一绝缘层进行隔离，第二绝缘层盖设于第二IGBT元胞背离衬底的一侧，第一绝缘层内埋设有第一栅极，第二绝缘层内埋设有第二栅极，第一栅极用于同时控制第一IGBT元胞和第二IGBT元胞，第二栅极用于至少控制第二IGBT元胞，第一栅极和第二栅极彼此电连接。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种智能功率模块。该智能功率模块集成有IGBT器件及其驱动控制电路，IGBT器件为上述IGBT器件。
本申请实施例的有益效果是：本申请IGBT器件包括：衬底、第一IGBT元胞、第二IGBT元胞、第一绝缘层和第二绝缘层，第一IGBT元胞和第二IGBT元胞依次层叠设置于衬底上，并由第一绝缘层进行隔离，第二绝缘层盖设于第二IGBT元胞背离衬底的一侧，第一绝缘层内埋设有第一栅极，第二绝缘层内埋设有第二栅极，第一栅极用于同时控制第一IGBT元胞和第二IGBT元胞，第二栅极用于至少控制第二IGBT元胞，第一栅极和第二栅极彼此电连接。本申请实施例IGBT器件设有第一IGBT元胞和第二IGBT元胞，并利用第一栅极用于同时控制第一IGBT元胞和第二IGBT元胞，使得第一IGBT元胞导通时形成一导电沟道及第二IGBT元胞导通时形成一导电沟道；同时利用第二栅极至少控制第二IGBT元胞，使得第二IGBT元胞导通时形成一导电沟道。因此，相较于现有的IGBT器件，本申请实施例的IGBT器件导通时至少形成有三个导电沟道，使得IGBT器件具有较宽的导电沟道；同时，第一IGBT元胞对第二IGBT元胞叠层设置，二者之间具有场板作用，能够提高第二IGBT元胞的耐压能力，第二IGBT元胞对第一IGBT元胞具有场板作用，能够提高第一IGBT元胞的耐压能力。因此，本申请实施例能够提高IGBT器件的耐压和电流密度，降低导通电阻，从而能够降低IGBT器件的功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请IGBT器件一实施例的结构示意图；
图2是本申请IGBT器件一实施例的结构示意图；
图3是本申请IGBT器件一实施例的结构示意图；
图4是本申请智能功率模块一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、““顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本申请首先提出一种IGBT器件，如图1所示，图1是本申请IGBT器件一实施例的结构示意图。本实施例IGBT器件10包括：衬底20、第一IGBT元胞30、第二IGBT元胞40、第一绝缘层50和第二绝缘层60，第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40依次层叠设置于衬底20上，并由第一绝缘层50进行隔离，第二绝缘层60盖设于第二IGBT元胞40背离衬底20的一侧，第一绝缘层50内埋设有第一栅极71，即第一栅极71被第一绝缘层50包围，第二绝缘层60内埋设有第二栅极72，即第二栅极72被第二绝缘层60包围，第一栅极71用于同时控制第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40，第二栅极72用于至少控制第二IGBT元胞40，第一栅极71和第二栅极72彼此电连接。
其中，衬底20用于支撑第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40等结构；本实施例的衬底20可以是直接铜键合衬底(Direct-Copper-Bonded，DCB)或者绝缘金属衬底(Insulated-Metal-Substrate，IMS)等；第一绝缘层50和第二绝缘层60可以是氧化层，例如，IGBT器件采用硅片制作时，第一绝缘层50和第二绝缘层60可以是SiO2层。
在IGBT器件10工作时，第一栅极71同时控制第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40导通，以使第一IGBT元胞形成一导电沟道及第二IGBT元胞40形成一导电沟道，第二栅极72控制第二IGBT元胞40导通，以使第二IGBT元胞形成一导电沟道。
区别于现有技术，本实施例IGBT器件10设有第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40，并利用第一栅极71用于同时控制第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40，使得第一IGBT元胞30导通时形成一导电沟道及第二IGBT元胞40导通时形成一导电沟道；同时利用第二栅极72至少控制第二IGBT元胞40，使得第二IGBT元胞40导通时形成一导电沟道。因此，相较于现有的IGBT器件，本实施例的IGBT器件10导通时至少形成有三个导电沟道，具有较宽的导电沟道；同时，第一IGBT元胞30对第二IGBT元胞40叠层设置，二者之间具有场板作用，能够提高第二IGBT元胞40的耐压能力，第二IGBT元胞40对第一IGBT元胞30具有场板作用，能够提高第一IGBT元胞30的耐压能力。因此，本实施例能够提高IGBT器件10的耐压和电流密度，降低导通电阻，从而能够降低IGBT器件10的功耗。
进一步地，本实施例的第一栅极71和第二栅极72彼此电连接，即用同一电信号控制第一栅极71和第二栅极72，不仅能够简化IGBT器件10的控制，而且能够提高第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40的导通与关断的同步性。
第一栅极71和第二栅极72可以通过导线引出至IGBT器件10外。在其它实施例中，第一栅极还可以与第一IGBT元胞同层设置，以减小第一绝缘层的厚度，进而减小IGBT器件的厚度；和/或第二栅极还可以与第二IGBT元胞同层设置，以减小第二绝缘层的厚度，进而减小IGBT器件的厚度。
可选地，如图1所示，本实施例IGBT器件10进一步包括：第三绝缘层90，第三绝缘层90设置在衬底20和第一IGBT元胞30之间。第三绝缘层90用于将衬底20与衬底20上的半导体结构进行隔离。
本实施例的第三绝缘层90可以是埋氧层。本实施例可以通过绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)工艺形成埋氧层。
在一应用场景中，在SOI工艺中，可以采用注氧隔离技术将高能量、大剂量氧注入硅中形成埋氧层；埋氧层把原始硅片分成两部分，上面部分的薄层硅片用来形成本实施例的第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40等半导体结构，下面部分的硅片用来形成本实施例的衬底20。
在另一应用场景中，在SOI工艺中，可以将两个生长了氧化层的硅片键合在一起，两个氧化层通过键合粘贴在一起形成埋氧层，上面的硅片用来形成本实施例的第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40等半导体结构，下面的硅片用来形成本实施例的衬底20。
当然，其它应用场景中，还可以采用其它SOI工艺形成本实施例的埋氧层，例如智能剥离技术等。
本实施例通过SOI工艺形成埋氧层，能够改善IGBT器件10的闩锁效应，能够减少IGBT器件10的寄生效应，且无需制作阱，能够简化工艺，减少IGBT器件10的尺寸，有利于IGBT器件10及智能功率模块的小型化。
本实施例的IGBT器件10采用硅片制作时，埋氧层可以是SiO2层。
可选地，如图1所示，本实施例的第一IGBT元胞30包括：第一漂移区301、第一体区302及第一发射区303；其中，第一体区302与第一漂移区301的一侧接触；第一发射区303与第一体区302接触，且第一发射区303通过第一体区302与第一漂移区301隔离，第一发射区303进一步通过第一体区302与第三绝缘层90隔离。
其中，第一体区302可以与第一漂移区301直接接触或者通过导电层间接接触；第一发射区303可以与第一体区302接触直接接触或者通过导电层间接接触。
本实施例的第一体区302呈L形设置，L形的第一体区302的两内侧边均与第一发射区303接触；L形的第一体区302能够隔离第一发射区303与第三绝缘层90；这种结构能够防止第一体区302背部产生寄生沟道。
在其它实施例中，第一漂移区还可以进一步延伸到第一体区与第三绝缘层之间，这种结构能够进一步改善第一体区背部的寄生沟道问题。
在其它实施例中，为减小第一IGBT元胞的厚度，可以将第一发射区与第三绝缘层接触。
进一步地，如图1所示，本实施例的第一IGBT元胞30进一步包括：第一缓冲区304、第一集电区305和第二集电区306，第一缓冲区304与第一漂移区301的另一侧接触，第一集电区305和第二集电区306分别与第一缓冲区304接触，通过第一缓冲区304与第一漂移区301隔离，第一集电区305和第二集电区306进一步彼此接触。
其中，第一缓冲区304可以与第一漂移区301直接接触或者通过导电层间接接触；第一集电区305和第二集电区306分别可以与第一缓冲区304接触直接接触或者通过导电层间接接触；第一集电区305和第二集电区306接触直接接触或者通过导电层间接接触。
本实施例的第一缓冲区304呈L形设置，L形的第一缓冲区304的两内侧边均与第一集电区305接触；L形的第一缓冲区304能够隔离第一集电区305与第三绝缘层90；这种结构能够防止第一缓冲区304背部产生寄生沟道。
本实施例的第一体区302及第一发射区303设置在第一漂移区301的一侧，且与第一漂移区301同层设置；第一缓冲区304、第一集电区305和第二集电区306设置在与第一漂移区301的另一侧，且与第一漂移区301同层设置；这种结构能够减少第一IGBT元胞30的厚度。
本实施例通过设置第二集电区306，能够在第一IGBT元胞30关断时，提供少子抽取通道，因此能够加快第一IGBT元胞30的关断速度。
在另一实施例中，如图2所示，本实施例IGBT器件10与图1实施例IGBT器件10的区别至少包括：本实施例的第一IGBT元胞30进一步包括：体区330，体区330分别与第一发射区303和第一体区302接触。
与图1实施例相比较，本实施例的第一IGBT元胞30通过设置体区330，能够在第一IGBT元胞30关断时，提供少子抽取通道，因此能够加快第一IGBT元胞30的关断速度。
在另一实施例中，第一IGBT元胞无需设置第二集电区，使得第一缓冲区将第一集电区与第三绝缘层隔离和/或第一漂移区进一步延伸到第二集电区与第三绝缘层之间；这些结构能够改善第一缓冲区背部的寄生沟道问题。
本实施例的第一漂移区301具有第一掺杂类型，第一发射区303具有第一掺杂类型，且第一发射区303的掺杂浓度大于第一漂移区301的掺杂浓度，第一体区302具有第二掺杂类型，且第一掺杂类型与第二掺杂类型不同；进一步地，本实施例的第一缓冲区304具有第一掺杂类型，第一集电区305具有第二掺杂类型，第二集电区306具有第一掺杂类型，且第二集电区306的掺杂浓度大于第一漂移区301的掺杂浓度。
具体地，如图1所示，本实施例的第一掺杂类型为N型掺杂，第二掺杂类型为P型掺杂，即第一IGBT元胞30由N型掺杂漂移区、N型掺杂发射区、N型掺杂缓冲区、N型掺杂集电区、P型掺杂体区、P型掺杂集电区组成。本实施例的第一IGBT元胞30为NPN结构，在第一IGBT元胞30导通时，形成N沟道。
进一步地，本实施例不限定衬底20的掺杂类型，衬底20可以是N型掺杂或P型掺杂。
具体地，在第一IGBT元胞30导通时，发射极80注入的少数载流子为空穴，集电极100注入的少数载流子为电子；第一栅极71上施加的电压大于阈值电压时，发射极80通过N型掺杂发射区、P型掺杂体区向N型掺杂漂移区注入高浓度电子，并通过N型掺杂缓冲区、P型掺杂集电区，从而形成电子电流；同时，集电极100通过P型掺杂集电区、N型掺杂缓冲区向N型掺杂漂移区注入高浓度空穴，并与N型掺杂漂移区的高浓度电子复合，形成空穴电流。电子电流与空穴电流之和，构成了第一IGBT元胞30的饱和电流能力。
在另一实施例中，第一掺杂类型为P型掺杂，第二掺杂类型为N型掺杂，即第一IGBT元胞是由P型掺杂漂移区、P型掺杂发射区、P型掺杂缓冲区、N型掺杂体区、N型掺杂集电区组成的PNP结构。在第一IGBT元胞导通时，形成P沟道；具体地，在第一IGBT元胞导通时，发射极注入的少数载流子为电子，集电极注入的少数载流子为空穴；第一栅极上施加的电压大于阈值电压时，发射极通过P型掺杂发射区、N型掺杂体区向P型掺杂漂移区注入高浓度空穴，并通过P型掺杂缓冲区、N型掺杂集电区，从而形成空穴；同时，集电极通过N型掺杂集电区、P型掺杂缓冲区向P型掺杂漂移区注入高浓度电子，并与P型掺杂漂移区的高浓度空穴复合，形成空穴电流。电子电流与空穴电流之和，构成了第一IGBT元胞的饱和电流能力。
继续参阅图1，可选地，如图1所示，本实施例的第二IGBT元胞40包括：第二漂移区401和第二体区402，其中，第二体区402与第二漂移区401的一侧接触。
其中，第二体区402可以与第二漂移区401直接接触或者通过导电层间接接触。
其中，如图1所示，本实施例的第一栅极71在衬底20上的正投影分别与第一体区302在衬底20上的正投影和第二体区402在衬底20上的正投影至少部分重叠设置，能够使得第一栅极71分别与第一体区302和第二体区402之间的距离缩短，能够提高第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40的电气性能，且第一栅极71分别与第一体区302和第二体区402之间的距离相近，能够使第一IGBT元胞30的电气性能与第二IGBT元胞40的电气性能相近；第二栅极72在衬底20上的正投影与第二体区402在衬底20上的正投影至少部分重叠，能够缩短第二栅极72与第二体区402之间的距离，进而能够进一步提高第二IGBT元胞40的电气性能。
可选地，如图1所示，本实施例的第一栅极71具有沿第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40的层叠方向彼此背离的第一主表面和第二主表面，第一主表面与第一体区302背离衬底20的一侧表面相对设置，第二主表面与第二体区402朝向衬底20的一侧表面相对设置，即第一栅极71设置在第一体区302和第二体区402之间，能够进一步缩短第一栅极71分别与第一体区302和第二体区402之间的距离，因此在保证第一栅极71对第一体区302和第二体区402的控制的同时，缩小IGBT器件10的厚度；第二栅极72具有朝向衬底20设置的第三主表面，第三主表面与第二体区402背离衬底20的一侧表面相对设置，即第二体区402设置在第一栅极71与第二栅极72之间，能够进一步缩短第二体区402与第一栅极71和第二栅极72之间的距离，能够减小IGBT器件10的厚度。
可选地，本实施例的第二体区402沿第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40的层叠方向划分成两个导电沟道，第一栅极71和第二栅极72分别对相邻的导电沟道进行控制。
具体地，在第一栅极71的控制下，第二体区402靠近第一栅极71的一侧形成一导电沟道，在第二栅极72的控制下，第二体区402靠近第二栅极72的一侧形成另一导电沟道；这两个导电沟道共用第二漂移区401。
如图1所示，本实施例的第二IGBT元胞40进一步包括：第二发射区403；第二发射区403与第二体区402接触，并通过第二体区402与第二漂移区401隔离。
其中，第二发射区403可以与第二体区402直接接触或者通过导电层间接接触。
进一步地，如图1所示，本实施例的第二IGBT元胞40进一步包括：第二缓冲区404、第三集电区405和第四集电区406，第二缓冲区404与第二漂移区401的另一侧接触，第三集电区405和第四集电区406分别与第二缓冲区404接触，通过第二缓冲区404与第二漂移区401隔离，第三集电区405和第四集电区406进一步彼此接触。
其中，第二缓冲区404与第二漂移区401直接接触或者通过导电层间接接触；第二集电区405与第二缓冲区404直接接触或者通过导电层间接接触；第三集电区405和第四集电区406直接接触或者通过导电层间接接触。
其中，第一集电区305和第二集电区306在衬底20上的正投影向第三集电区405和第四集电区406在衬底20上的正投影背离第二漂移区401的一侧错开，能够便于集电极100与第二IGBT元胞40同层设置，能够减少IGBT器件10的厚度；集电极100与第一集电区305和第二集电区306背离衬底20的一侧表面接触，并与第三集电区405和第四集电区406背离第二漂移区401的一侧表面接触。
其中，集电极100与第一集电区305和第二集电区306直接接触或者通过导电层间接接触；集电极100与第一缓冲区304接触直接接触或者通过导电层间接接触。
本实施例通过设置第四集电区406，能够在第二IGBT元胞40关断时，提供少子抽取通道，因此能够加快第二IGBT元胞40的关断速度。
在另一实施例中，如图2所示，本实施例IGBT器件10与图1实施例IGBT器件10的区别进一步包括：本实施例的第二IGBT元胞40进一步包括：体区440，体区440分别与第二发射区403和第二体区402接触。
与图1实施例相比较，本实施例的第二IGBT元胞40通过设置体区440，能够在第二IGBT元胞40关断时，提供少子抽取通道，因此能够加快第二IGBT元胞40的关断速度。
在另一实施例中，第二IGBT元胞无需设置第四集电区，将第一集电区与第一绝缘层接触，使得第二缓冲区在靠近第一绝缘层的一侧和靠近第二绝缘绝缘层的一侧分别形成导电沟道。
本实施例的第二漂移区401具有第一掺杂类型，第二发射区403具有第一掺杂类型，且第二发射区403的掺杂浓度大于第二漂移区401的掺杂浓度，第二体区402具有第二掺杂类型，且第一掺杂类型与第二掺杂类型不同；进一步地，本实施例的第二缓冲区404具有第一掺杂类型，第三集电区405具有第二掺杂类型，第四集电区406具有第一掺杂类型，且第四集电区406的掺杂浓度大于第二漂移区401的掺杂浓度。
具体地，如图1所示，第二IGBT元胞40由N型掺杂漂移区、N型掺杂发射区、N型掺杂缓冲区、N型掺杂集电区、P型掺杂体区、P型掺杂集电区组成。本实施例的第二IGBT元胞40为NPN结构，在第一IGBT元胞30导通时，形成N沟道。
具体地，在第二IGBT元胞40导通时，发射极80注入的少数载流子为空穴，集电极100注入的少数载流子为电子；第二栅极72上施加的电压大于阈值电压时，发射极80通过N型掺杂发射区、P型掺杂体区向N型掺杂漂移区注入高浓度电子，并通过N型掺杂缓冲区、P型掺杂集电区，从而形成电子电流；同时，集电极100通过P型掺杂集电区、N型掺杂缓冲区向N型掺杂漂移区注入高浓度空穴，并与N型掺杂漂移区的高浓度电子复合，形成空穴电流。电子电流与空穴电流之和，构成了第一IGBT元胞30的饱和电流能力。
在另一实施例中，第一掺杂类型为P型掺杂，第二掺杂类型为N型掺杂，即第二IGBT元胞是由P型掺杂漂移区、P型掺杂发射区、P型掺杂缓冲区、N型掺杂体区、N型掺杂集电区组成的PNP结构。在第一IGBT元胞导通时，形成P沟道；具体地，在第二IGBT元胞导通时，发射极注入的少数载流子为电子，集电极注入的少数载流子为空穴；第二栅极上施加的电压大于阈值电压时，发射极通过P型掺杂发射区、N型掺杂体区向P型掺杂漂移区注入高浓度空穴，并通过P型掺杂缓冲区、N型掺杂集电区，从而形成空穴；同时，集电极通过N型掺杂集电区、P型掺杂缓冲区向P型掺杂漂移区注入高浓度电子，并与P型掺杂漂移区的高浓度空穴复合，形成空穴电流。电子电流与空穴电流之和，构成了第二IGBT元胞的饱和电流能力。
如图1所示，第一IGBT元胞30与第二IGBT元胞40共用发射极80和集电极100，使得二者形成的导电沟道为并联设置，以增加IGBT器件10导电沟道的宽度。
本实施例的第二IGBT元胞40与第一IGBT元胞30的掺杂类型相同，使得二者可以共用发射极80和集电极100。
本实施例的第二体区402及第二发射区403设置在第二漂移区401的一侧，而第二缓冲区404和第二集电区405设置在与第二漂移区401的另一侧，且与第二漂移区401同层设置，能够减少第二IGBT元胞40的厚度。
本实施例的第一发射区303与第二发射区403同侧设置，便于第一IGBT元胞30与第二IGBT元胞40共用发射极80；第一集电区305、第二集电区306、第三集电区405及第四集电区406同侧设置，便于第一IGBT元胞30与第二IGBT元胞40共用集电极100。
具体地，如图1所示，本实施例的发射极80分别与第一发射区303背离第一漂移区301的一侧表面以及第二发射区403背离第二漂移区401的一侧表面接触，即发射极80与第一发射区303和第二发射区403同层设置。
因为第一IGBT元胞30的第一发射区303与第二IGBT元胞40的第二发射区403共用发射极80，使得上述结构简单易实现，且便于引出发射极80，且能够减小IGBT的厚度。
其中，发射极80分别与第一发射区303背离第一漂移区301直接接触或者通过导电层间接接触。
如图1所示，本实施例的集电极100分别与第一集电区305背离第三绝缘层的一侧表面、第二集电区306背离第三绝缘层90的一侧表面、第三集电区405背离第二漂移区401的一侧表面及第四集电区406背离第二漂移区401的一侧表面接触，即发射极80与第三集电区405和第四集电区406同层设置；这种结构便于引出集电极100，且可以增加第一集电区305和第二集电区306的宽度，提升第一IGBT元胞30的电气性能(又上述分析第一IGBT元胞30只有一个导电沟道)。
当然，在其它实施例中，集电极还可以延伸至第三绝缘层，并与第三绝缘层接触。
本实施例的第二IGBT元胞40的第二漂移区401对第一IGBT元胞30的第一漂移区301构成场板作用，可以通过调节第一漂移区301的电场分布提升第一IGBT元胞30的耐压能力；同样，第一IGBT元胞30的第一漂移区301对第二IGBT元胞40的第二漂移区401构成场板作用，可以通过调节第二漂移区401的电场分布提升第二IGBT元胞40的耐压能力。
需要注意的是，本申请实施例IGBT器件的各层半导体结构、电极结构的形状及位置可以根据具体产品设计进行适当变化。
本申请上述实施例IGBT器件10包括两个IGBT元胞，形成两个导电沟道，在其它实施例中，可以不限定IGBT器件中IGBT元胞的数量，IGBT元胞的数量可以是两个以上。
例如，如图3所示，IGBT器件10包括第一IGBT元胞30、第二IGBT元胞40、第三IGBT元胞120、第一绝缘层50、第二绝缘层60及第三绝缘层130；其中，第一IGBT元胞30、第二IGBT元胞40、第三IGBT元胞120依次层叠设置于衬底20上；第一绝缘层50设置在第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40之间，对第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40进行隔离，第一绝缘层50内埋设有第一栅极71，第一栅极71用于同时控制第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40；第二绝缘层60设置在第二IGBT元胞40和第三IGBT元胞120之间，对第二IGBT元胞40和第三IGBT元胞120进行隔离，第二绝缘层60内埋设有第二栅极72，第二栅极72用于同时控制第二IGBT元胞40和第三IGBT元胞120；第三绝缘层130盖设于第三IGBT元胞120背离衬底20的一侧，第三绝缘层130内埋设有第三栅极73，第三栅极73用于至少控制第三IGBT元胞120，第一栅极71、第二栅极72及第三栅极73彼此电连接。
本实施例第一栅极71用于同时控制第一IGBT元胞30和第二IGBT元胞40，使得第一IGBT元胞30导通时形成一导电沟道及第二IGBT元胞40导通时形成一导电沟道；同时利用第二栅极72同时控制第二IGBT元胞40和第三IGBT元胞120，使得第二IGBT元胞40导通时形成一导电沟道及第三IGBT元胞120导通时形成一导电沟道；且利用第三栅极73控制第三IGBT元胞120，第三IGBT元胞120导通时形成一导电沟道。因此，相较于现有的IGBT器件，本实施例的IGBT器件10导通时至少形成有五个导电沟道，具有较宽的导电沟道；同时，第一IGBT元胞30和第三IGBT元胞120对第二IGBT元胞40具有场板作用，能够提高第二IGBT元胞40的耐压能力，第二IGBT元胞40对第一IGBT元胞30和第三IGBT元胞120具有场板作用，能够提高第一IGBT元胞30的耐压能力和第三IGBT元胞120的耐压能力。因此，本实施例能够提高IGBT器件10的耐压和电流密度，降低导通电阻，从而能够降低IGBT器件10的功耗。
本申请进一步提出一种智能功率模块，如图4所示，图4是本申请智能功率模块一实施例的结构示意图。本实施例智能功率模块包括：IGBT器件10及其驱动控制电路41，IGBT器件10在驱动控制电路41的驱动控制下工作。其中，IGBT器件10为上述实施例的IGBT器件10，这里不赘述。
智能功率模块是一种由高速、低功耗的IGBT、栅极驱动以及相应的保护电路构成的半导体器件，具有大功率晶体管的高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点，以及场效应晶体管的高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。而且智能功率模块内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便，不仅减小了系统的体积以及开发时间，也大大增强了系统的可靠性；本实施例智能功率模块可用于家用电器、轨道交通、电力系统等领域。
区别于现有技术，本申请IGBT器件包括：衬底、第一IGBT元胞、第二IGBT元胞、第一绝缘层和第二绝缘层，第一IGBT元胞和第二IGBT元胞依次层叠设置于衬底上，并由第一绝缘层进行隔离，第二绝缘层盖设于第二IGBT元胞背离衬底的一侧，第一绝缘层内埋设有第一栅极，第二绝缘层内埋设有第二栅极，第一栅极用于同时控制第一IGBT元胞和第二IGBT元胞，第二栅极用于至少控制第二IGBT元胞，第一栅极和第二栅极彼此电连接。本申请实施例IGBT器件设有第一IGBT元胞和第二IGBT元胞，并利用第一栅极用于同时控制第一IGBT元胞和第二IGBT元胞，使得第一IGBT元胞导通时形成一导电沟道及第二IGBT元胞导通时形成一导电沟道；同时利用第二栅极至少控制第二IGBT元胞，使得第二IGBT元胞导通时形成一导电沟道。因此，相较于现有的IGBT器件，本申请实施例的IGBT器件导通时至少形成有三个导电沟道，使得IGBT器件具有较宽的导电沟道；同时，第一IGBT元胞对第二IGBT元胞叠层设置，二者之间具有场板作用，能够提高第二IGBT元胞的耐压能力，第二IGBT元胞对第一IGBT元胞具有场板作用，能够提高第一IGBT元胞的耐压能力。因此，本申请实施例能够提高IGBT器件的耐压和电流密度，降低导通电阻，从而能够降低IGBT器件的功耗。
进一步地，本申请实施例采用SOI工艺形成IGBT器件，能够改善IGBT器件的闩锁效应，能够减少IGBT器件的寄生效应，且无需制作阱，能够简化工艺，减少IGBT器件的尺寸，有利于IGBT器件及智能功率模块的小型化。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效机构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种IGBT器件，其特征在于，所述IGBT器件包括衬底、第一IGBT元胞、第二IGBT元胞、第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一IGBT元胞和所述第二IGBT元胞依次层叠设置于所述衬底上，并由所述第一绝缘层进行隔离，所述第二绝缘层盖设于所述第二IGBT元胞背离所述衬底的一侧，所述第一绝缘层内埋设有第一栅极，所述第二绝缘层内埋设有第二栅极，所述第一栅极用于同时控制所述第一IGBT元胞和第二IGBT元胞，所述第二栅极用于至少控制所述第二IGBT元胞，所述第一栅极和所述第二栅极彼此电连接。
2.根据权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，所述第一IGBT元胞包括：
第一漂移区；
第一体区，与所述第一漂移区的一侧接触；
所述第二IGBT元胞包括：
第二漂移区；
第二体区，与所述第二漂移区的一侧接触；
其中，所述第一栅极在所述衬底上的正投影分别与所述第一体区在所述衬底上的正投影和所述第二体区在所述衬底上的正投影至少部分重叠设置，所述第二栅极在所述衬底上的正投影与所述第二体区在所述衬底上的正投影至少部分重叠。
3.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，所述第一栅极具有沿所述第一IGBT元胞和所述第二IGBT元胞的层叠方向彼此背离的第一主表面和第二主表面，所述第一主表面与所述第一体区背离所述衬底的一侧表面相对设置，所述第二主表面与所述第二体区朝向所述衬底的一侧表面相对设置，所述第二栅极具有朝向所述衬底设置的第三主表面，所述第三主表面与所述第二体区背离所述衬底的一侧表面相对设置。
4.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，所述第二体区沿所述第一IGBT元胞和所述第二IGBT元胞的层叠方向划分成两个导电沟道，所述第一栅极和所述第二栅极分别对相邻的所述导电沟道进行控制。
5.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于，所述第一IGBT元胞和所述第二IGBT元胞进一步共用发射极和集电极。
6.根据权利要求5所述的IGBT器件，其特征在于，所述第一IGBT元胞进一步包括第一发射区，所述第一发射区与所述第一体区接触，并通过所述第一体区与所述第一漂移区隔离，所述第二IGBT元胞进一步包括第二发射区，所述第二发射区与所述第二体区接触，并通过所述第二体区与所述第二漂移区隔离，所述发射极分别与所述第一发射区背离所述第一漂移区的一侧表面以及所述第二发射区背离所述第二漂移区的一侧表面接触。
7.根据权利要求6所述的IGBT器件，其特征在于，所述第一漂移区、所述第一发射区、所述第二漂移区和所述第二发射区具有第一掺杂类型，且所述第一发射区的掺杂浓度大于所述第一漂移区的掺杂浓度，所述第二发射区的掺杂浓度大于所述第二漂移区的掺杂浓度，所述第一体区和所述第二体区具有第二掺杂类型，所述第二掺杂类型不同于所述第一掺杂类型。
8.根据权利要求6所述的IGBT器件，其特征在于，所述IGBT器件进一步包括位于所述衬底和所述第一IGBT元胞之间的第三绝缘层，所述第一发射区进一步通过所述第一体区与所述第三绝缘层隔离。
9.根据权利要求5所述的IGBT器件，其特征在于，所述第一IGBT元胞进一步包括第一缓冲区、第一集电区和第二集电区，所述第一缓冲区与所述第一漂移区的另一侧接触，所述第一集电区和所述第二集电区分别与所述第一缓冲区接触，通过所述第一缓冲区与所述第一漂移区隔离，所述第一集电区和所述第二集电区进一步彼此接触；
所述第二IGBT元胞进一步包括第二缓冲区、第三集电区和第四集电区，所述第二缓冲区与所述第二漂移区的另一侧接触，所述第三集电区和所述第四集电区分别与所述第二缓冲区接触，通过所述第二缓冲区与所述第二漂移区隔离，所述第三集电区和所述第四集电区进一步彼此接触；
其中，所述第一集电区和第二集电区在所述衬底上的正投影向所述第三集电区和所述第四集电区在所述衬底上的正投影背离所述第二漂移区的一侧错开，所述集电极与所述第一集电区和第二集电区背离所述衬底的一侧表面接触，并与所述第三集电区和所述第四集电区背离所述第二漂移区的一侧表面接触。
10.一种智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块包括：IGBT器件及其驱动控制电路，所述IGBT器件为如权利要求1至9任一项所述的IGBT器件。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1374703A (zh) * 2001-03-07 2002-10-16 株式会社东芝 具有绝缘栅型双极晶体管的半导体器件及其制造方法
CN110797305A (zh) * 2019-10-22 2020-02-14 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 一种半导体器件及其制备方法、电器设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150080945A (ko) * 2013-12-27 2015-07-13 삼성전기주식회사 전력 반도체 소자

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1374703A (zh) * 2001-03-07 2002-10-16 株式会社东芝 具有绝缘栅型双极晶体管的半导体器件及其制造方法
CN110797305A (zh) * 2019-10-22 2020-02-14 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 一种半导体器件及其制备方法、电器设备

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