CN113748520B - Igbt器件 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的一种IGBT器件，包括位于n型漂移区(21)顶部的p型体区(22)，位于所述p型体区(22)内的第一n型发射极区(23)；位于所述p型体区(22)之上的第一栅极结构，所述第一栅极结构包括第一栅介质层(24)以及位于所述第一栅介质层(24)之上的第一栅极(26)和n型浮栅(25)，且在横向上，所述n型浮栅(25)位于靠近所述n型漂移区(21)的一侧，所述第一栅极(26)位于靠近所述第一n型发射极区(23)的一侧并延伸至所述n型浮栅(25)之上，介于所述n型浮栅(25)和所述第一栅极(26)之间的绝缘介质层(27)；位于所述第一栅介质层(24)中的一个开口(28)，所述n型浮栅(25)通过所述开口(28)与所述p型体区(22)接触形成p‑n结二极管。

Description

IGBT器件
技术领域
本申请属于IGBT器件技术领域，例如涉及一种反向恢复速度快且芯片尺寸小的IGBT器件。
背景技术
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)器件是由MOS晶体管和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOS晶体管，输出极为PNP晶体管。IGBT器件的导通和关断由栅极-发射极电压控制，当栅极-发射极电压大于MOS晶体管的阈值电压Vth时，MOS晶体管内部形成电流沟道并为双极性晶体管提供基极电流，使得IGBT器件导通。当栅极-发射极电压小于MOS晶体管的阈值电压Vth时，MOS晶体管内的电流沟道会被关断，双极性晶体管的基极电流被切断，从而IGBT器件被关断。IGBT器件在关断时，当集电极-发射极电压小于0V时，IGBT器件中寄生的体二极管处于正偏压状态，反向电流从发射极经体二极管流至集电极，此时体二极管的电流存在注入少子载流子现象，而这些少子载流子在IGBT器件再一次开启时进行反向恢复，导致较大的反向恢复电流，反向恢复时间长。
发明内容
本申请提供一种芯片尺寸小且反向恢复速度快的IGBT器件，以解决相关技术中的IGBT器件因少子载流子注入问题造成的反向恢复时间长的技术问题。
本申请提供的一种IGBT器件，包括：
n型集电极区和p型集电极区，位于所述n型集电极区和所述p型集电极区之上的n型漂移区，位于所述n型漂移区顶部的多个p型体区，以及至少一个第一MOSFET单元和至少一个第二MOSFET单元；
所述第一MOSFET单元包括：位于所述p型体区内的第一n型发射极区；位于所述p型体区之上的第一栅极结构，所述第一栅极结构包括第一栅介质层以及位于所述第一栅介质层之上的第一栅极和n型浮栅，且在横向上，所述n型浮栅位于靠近所述n型漂移区的一侧，所述第一栅极位于靠近所述第一n型发射极区的一侧并延伸至所述n型浮栅之上，介于所述第一栅极和所述n型浮栅之间的绝缘介质层；位于所述第一栅介质层中的一个开口，所述n型浮栅通过所述开口与所述p型体区接触形成p-n结二极管；
所述第二MOSFET单元包括：位于所述p型体区内的第二n型发射极区，用于控制介于所述第二n型发射极区和所述n型漂移区之间的电流沟道的开启和关断的第二栅极结构，所述第二栅极结构包括第二栅介质层和第二栅极。
可选的，本申请所述的IGBT器件，还包括位于所述n型集电极区和所述p型集电极区之上的n型场截止区，所述n型场截止区位于所述n型漂移区下方。
可选的，本申请所述的IGBT器件，所述第二MOSFET单元还包括凹陷在所n型漂移区内的栅沟槽，所述第二栅介质层和所述第二栅极位于所述栅沟槽内。
可选的，本申请所述的IGBT器件，所述第一n型发射极区和所述第二n型发射极区位于同一个所述p型体区内。
可选的，本申请所述的IGBT器件，所述第一n型发射极区和所述第二n型发射极区位于两个不同的所述p型体区内。
可选的，本申请所述的IGBT器件，所述第一栅极覆盖所述n型浮栅靠近所述n型漂移区一侧的侧壁。
可选的，本申请所述的IGBT器件，所述IGBT器件包含多个所述第二MOSFET单元时，至少有一个所述第二MOSFET单元的所述第二栅极与所述第二n型发射极区电性连接。
本申请提供的一种IGBT器件，在反向导通时，第一MOSFET单元具有低阈值电压，使得第一MOSFET单元在低栅极电压(或0V电压)下导通，从而能够增加流过第一MOSFET单元的反向电流，进而能够减少流过IGBT器件中寄生的体二极管的电流，提高IGBT器件的反向恢复速度。第二MOSFET单元具有比第一MOSFET单元更短的电流沟道，用于控制IGBT器件的芯片尺寸，使得IGBT器件在具有快的反向恢复速度的同时还具有小的芯片尺寸。
附图说明
为了更加清楚地说明本申请示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。
图1是本申请提供的一种IGBT器件的第一个实施例的剖面结构示意图；
图2是本申请提供的一种IGBT器件的第二个实施例的剖面结构示意图；
图3是本申请提供的一种IGBT器件的第三个实施例的剖面结构示意图。
具体实施方式
以下将结合本申请实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本申请的技术方案。同时，为清楚地说明本申请的具体实施方式，说明书附图中所列示意图，放大了本申请所述的层和区域的尺寸，且所列图形大小并不代表实际尺寸。说明书中所列实施例不应仅限于说明书附图中所示区域的特定形状，而是包括所得到的形状如制备引起的偏差等。
图1是本申请提供的一种IGBT器件的第一个实施例的剖面结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供的一种IGBT器件包括n型集电极区20和p型集电极区30，位于n型集电极区20和p型集电极区30之上的n型场截止区29，位于n型场截止区29之上的n型漂移区21，位于n型漂移区21中的多个p型体区22，本申请实施例中仅示例性的示出两个p型体区22；本申请实施例的一种IGBT器件还包括至少一个第一MOSFET单元200和至少一个第二MOSFET单元300，在图1中仅示例性的示出了一个第一MOSFET单元200和一个第二MOSFET单元300。
本申请实施例的第一MOSFET单元200包括：位于p型体区22内的第一n型发射极区23；位于p型体区22之上的第一栅极结构，该第一栅极结构包括第一栅介质层24、n型浮栅25和第一栅极26，第一栅极26和n型浮栅25位于第一栅介质层24之上，且在横向上，n型浮栅25位于靠近n型漂移区21的一侧，第一栅极26位于靠近第一n型发射极区23的一侧且延伸至n型浮栅25之上，介于第一栅极26和n型浮栅25之间的绝缘介质层27，第一栅极26通过电容耦合作用于n型浮栅25。绝缘介质层27通常为二氧化硅。在n型浮栅25下方的第一栅介质层24中形成有一个开口28，n型浮栅25通过开口28与p型体区22接触形成p-n结二极管。
本申请实施例的第二MOSFET单元300包括位于p型体区22内的第二n型发射极区33，在图1所示的本申请实施例的IGBT器件中，第一MOSFET单元200的第一n型发射极区23和第二MOSFET单元300的第二n型发射极区33形成在两个不同的p型体区22中；位于p型体区22之上的第二栅介质层34以及位于第二栅介质层34之上的第二栅极36，第二栅极36可以通过栅极电压来控制第二MOSFET单元300的电流沟道(即介于第二n型发射极区33与n型漂移区21之间的电流沟道)的开启和关断。
本申请实施例的IGBT器件包含多个第二MOSFET单元300时，可以使得至少一个第二MOSFET单元300的第二栅极36与第二n型发射极区33电性连接，即该部分第二栅极36接源极电压，这可以降低IGBT器件的栅电荷。
本申请实施例的IGBT器件，在正向阻断状态时，n型集电极区20和p型集电极区被施加高电压，第一MOSFET单元200中的p-n结二极管被正向偏置，n型浮栅25被充入正电荷，这使得n型浮栅25下面的电流沟道的阈值电压Vht1降低。
本申请实施例的IGBT器件在正向阻断状态和正向开启状态时，集电极-发射极电压大于0V，n型浮栅25下面的电流沟道的阈值电压Vht1对整个第一MOSFET单元200的阈值电压Vth的影响很低，第一MOSFET单元200仍具有高阈值电压。本申请实施例的IGBT器件在关断时，当发射极-集电极电压大于0V时，n型浮栅25下面的电流沟道的阈值电压Vht1对整个第一MOSFET单元200的阈值电压Vth的影响很大，使得第一MOSFET单元200具有低阈值电压Vth，从而使第一MOSFET单元200的电流沟道在低栅极电压(或0V电压)下导通，从而能够增加流过第一MOSFET单元200的反向电流，减少流过IGBT器件中寄生的体二极管的电流，提高IGBT器件的反向恢复速度。
本申请实施例的IGBT器件中的第一MOSFET单元200用于调节IGBT器件的反向恢复速度，但是由于第一栅极26和n型浮栅25横向设置，同时受第一栅介质层24中的开口28的尺寸的限制，第一MOSFET单元200具有很长的电流沟道，这会增加IGBT器件芯片的尺寸，不利于IGBT器件进行更小尺寸的封装。本申请实施例通过设置第二MOSFET单元300，第二MOSFET单元300不设置n型浮栅结构，这可以使得第二MOSFET单元300相较于第一MOSFET单元200具有短的电流沟道，因此，通过设置第一MOSFET单元200和第二MOSFET单元300的比例，可以在保证IGBT器件具有快的反向恢复速度的前提下，还可以有效控制IGBT器件的芯片尺寸，从而使IGBT器件芯片可以进行更小尺寸的封装。
图2是本申请提供的一种IGBT器件的第二个实施例的剖面结构示意图，与图1所示的本申请的第一个实施例所述IGBT器件结构不同的是，本实施例中的第一n型发射极区23和第二n型发射极区33形成在同一个p型体区22内，同时，第二MOSFET单元300还包括一个凹陷在n型漂移区21内的栅沟槽，第二栅介质层34和第二栅极36均形成在该栅沟槽内。采用垂直电流沟道结构的第二MOSFET单元300可以进一步减小IGBT器件的芯片尺寸。
图3是本申请提供的一种IGBT器件的第三个实施例的剖面结构示意图，与图2所示的本申请的第二个实施例所述IGBT器件结构不同的是，本实施例中的第一MOSFET单元200的第一栅极26延伸至n型浮栅25之上且覆盖n型浮栅25靠近n型漂移区21一侧的侧壁，这可以进一步增大第一栅极26覆盖n型浮栅25的面积，进而能够增大第一栅极26对n型浮栅26的电容耦合率。

Claims (7)

1.一种IGBT器件，包括：
n型集电极区和p型集电极区，位于所述n型集电极区和所述p型集电极区之上的n型漂移区，位于所述n型漂移区顶部的多个p型体区，以及至少一个第一MOSFET单元和至少一个第二MOSFET单元；
所述第一MOSFET单元包括：位于所述p型体区内的第一n型发射极区；位于所述p型体区之上的第一栅极结构，所述第一栅极结构包括第一栅介质层以及位于所述第一栅介质层之上的第一栅极和n型浮栅，且在横向上，所述n型浮栅位于靠近所述n型漂移区的一侧，所述第一栅极位于靠近所述第一n型发射极区的一侧并延伸至所述n型浮栅之上，介于所述n型浮栅和所述第一栅极之间的绝缘介质层；位于所述第一栅介质层中的一个开口，所述n型浮栅通过所述开口与所述p型体区接触形成p-n结二极管；
所述第二MOSFET单元包括：位于所述p型体区内的第二n型发射极区，用于控制介于所述第二n型发射极区和所述n型漂移区之间的电流沟道的开启和关断的第二栅极结构，所述第二栅极结构包括第二栅介质层和第二栅极。
2.如权利要求1所述的IGBT器件，还包括：位于所述n型集电极区和所述p型集电极区之上的n型场截止区，所述n型场截止区位于所述n型漂移区下方。
3.如权利要求1所述的IGBT器件，其中，所述第二MOSFET单元还包括凹陷在所n型漂移区内的栅沟槽，所述第二栅介质层和所述第二栅极位于所述栅沟槽内。
4.如权利要求1所述的IGBT器件，其中，所述第一n型发射极区和所述第二n型发射极区位于同一个所述p型体区内。
5.如权利要求1所述的IGBT器件，其中，所述第一n型发射极区和所述第二n型发射极区位于两个不同的所述p型体区内。
6.如权利要求1所述的IGBT器件，其中，所述第一栅极覆盖所述n型浮栅靠近所述n型漂移区一侧的侧壁。
7.如权利要求1所述的IGBT器件，其中，所述IGBT器件包含多个所述第二MOSFET单元时，至少有一个所述第二MOSFET单元的所述第二栅极与所述第二n型发射极区电性连接。
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