CN212874493U - 一种平面型的槽栅igbt半导体功率器件 - Google Patents
一种平面型的槽栅igbt半导体功率器件 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件，该器件包括：半导体衬底，在半导体衬底上的N型轻掺杂漂移区，在N型轻掺杂漂移区上的P型阱区和N型重掺杂缓冲区，在P型阱区上的N型轻掺杂区，在N型轻掺杂区上的N型重掺杂区，在远离栅结构的N型重掺杂区一侧的P型重掺杂区，该N型重掺杂区和P型重掺杂区彼此相连构成重掺杂发射区，在N型重掺杂缓冲区上的P型重掺杂集电极区，在N型轻掺杂漂移区上的栅结构区，该栅结构区为槽栅型结构，且采用多晶硅材料和高K绝缘材料，N型/P型重掺杂发射区上的发射极，P型重掺杂集电极区上的集电极，栅结构区上的栅极。该器件通过平面型设计，结合槽栅型NMOS和PNP晶体管实现平面型的槽栅IGBT器件。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体功率技术领域，具体涉及一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管IGBT是一种MOSFET和双极型晶体管复合的新型电力电子器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管。该IGBT既有MOSFET驱动简单和快速的优点，又有功率晶体管容量大的优点，因而广泛应用在能源转换、机车牵引、工业变频、汽车电子和消费电子等领域，是电力电子领域重要核心器件之一。
传统的横向IGBT功率器件广泛采用绝缘层上硅(SOI)技术，在半导体衬底上形成一层绝缘层，在绝缘层上表面形成N型轻掺杂漂移层，以减小寄生电容；且传统的横向IGBT功率器件的NMOS结构，会产生较大的沟道比导通电阻。而槽栅型MOS会有更小的导通电阻，元胞尺寸更小，被广泛应用于开关电子元器件中。因此为了实现IGBT功率器件更好的集成和减小栅驱动功率和降低沟道比导通电阻，本实用新型设计一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件。
实用新型内容
本实用新型为一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件，采用槽栅型NMOS和PNP晶体管，以及具有高K绝缘材料的栅结构、N型轻掺杂漂移区和N型重掺杂缓冲区，可以有效地降低栅驱动功率和提升该器件的开关速度，进而提高该半导体功率器件的电学性能。
本实用新型的技术方案具体如下：
一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件，包括：半导体衬底，N型轻掺杂漂移区，P型阱区，N型轻掺杂区，P型重掺杂区，N型重掺杂区，N型重掺杂缓冲区，P型重掺杂集电极区，栅结构区。
进一步设置，在半导体衬底上表面形成N型轻掺杂漂移区，在N型轻掺杂漂移区上设有P型阱区、N型重掺杂缓冲区和栅结构区，且N型重掺杂缓冲区与栅结构区相连或者之间存在一定间隔。
如此设置，采用N型轻掺杂漂移区，可以有效地实现电导调制效应；采用N型重掺杂缓冲区可以收集少数载流子，提高开关速度。
进一步设置，在P型阱区上设有N型轻掺杂区，在N型轻掺杂区上设有N型重掺杂区，在远离栅结构的N型重掺杂区一侧设有P型重掺杂区，该N型重掺杂区和P型重掺杂区彼此相连构成重掺杂发射区。
如此设置，采用N型轻掺杂区，可以减小NMOS沟道比导通电阻。
进一步设置，在N型重掺杂缓冲区上设有P型重掺杂集电极区，该P型重掺杂集电极区的面积比发射极区的P型重掺杂区的面积大。
进一步设置，在N型轻掺杂漂移区上设有栅结构区，该栅结构区为槽栅型结构，且采用多晶硅材料，栅结构区中的绝缘介质采用一种单质或者化合物或者几种相关薄膜叠加组成的材料的高K绝缘材料。
如此设置，采用高K绝缘材料可以减少栅极的漏电流效应。
进一步设置，N型/P型重掺杂发射区的上表面设有发射极，P型重掺杂集电极区的上表面设有集电极，栅结构区的上表面设有栅极，发射极区电极与栅极区电极存在一定间隔，且远离P型阱区的栅结构区的绝缘介质比靠近P型阱区的绝缘介质厚。发射极、集电极和栅极的金属电极采用金属铜材料或者铝材料。
进一步设置，半导体衬底材料为半导体SiC基或者GaN基材料。
(三)有益效果
本实用新型专利采用平面型的槽栅IGBT半导体功率器件，可以有效地提高功率器件的电学性能和集成化，通过槽栅型NMOS和PNP晶体管的组合，可以有效地降低栅驱动功率和提高该IGBT功率器件的开关速度。
附图说明
图1为本实用新型平面型的槽栅IGBT半导体功率器件的结构示意图。
附图标号：1、半导体衬底；2、N型轻掺杂漂移区；3、P型阱区；4、N型轻掺杂区；5、P型重掺杂区；6、N型重掺杂区；7、N型重掺杂缓冲区；8、P型重掺杂集电极区；9、栅结构区的绝缘区；10、栅结构区的栅结构。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参阅图1所示，图1为本实用新型平面型的槽栅IGBT半导体功率器件的结构示意图。
本实用新型提供的一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件，包括：半导体衬底1，该半导体衬底1为半导体SiC基或者GaN基材料，在半导体衬底1上表面形成N型轻掺杂漂移区2，在N型轻掺杂漂移区2上形成P型阱区3、N型重掺杂缓冲区7和栅结构区9和10，且N型重掺杂缓冲区7与栅结构区9和10相连或者之间存在一定间隔，在P型阱区3上的N型轻掺杂区4，在N型轻掺杂区4上的N型重掺杂区6，在远离栅结构区9的N型重掺杂区6一侧设有P型重掺杂区，该N型重掺杂区6和P型重掺杂区5彼此相连构成重掺杂发射区，在N型重掺杂缓冲区7上的P型重掺杂集电极区8，该P型重掺杂集电极区8的面积比发射极区的P型重掺杂区5的面积大，N型/P型重掺杂发射区上的发射极，P型重掺杂集电极区8上的集电极，栅结构区10上的栅极。
本实用新型具体实施工作原理：通过采用槽栅型NMOS和采用多晶硅材料、高K绝缘材料组合的栅结构区9和10和采用N型轻掺杂区4，可以减少IGBT器件里NMOS的栅驱动功率；该槽栅型栅结构可以集聚N型轻掺杂漂移区的电子；当该栅极电压高于器件的阈值电压时，NMOS导通，电子会从发射极6进入N型轻掺杂漂移区2，为PNP晶体管提供基极电流，开启PNP晶体管，使该IGBT器件进入导通状态，其中采用N型轻掺杂漂移区2可以实现电导调制效应；在该器件的集电极区增加N型重掺杂缓冲区7可以进行少数载流子的收集，进而提高该半导体功率器件的电学性能。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件，其特征在于，包括：半导体衬底(1)，在半导体衬底(1)上表面的N型轻掺杂漂移区(2)，在N型轻掺杂漂移区(2)上的P型阱区(3)和N型重掺杂缓冲区(7)，在P型阱区(3)上的N型轻掺杂区(4)，在N型轻掺杂区(4)上的N型重掺杂区(6)，在远离栅结构区的绝缘区(9)的N型重掺杂区(6)一侧的P型重掺杂区(5)，该N型重掺杂区(6)和P型重掺杂区(5)彼此相连构成重掺杂发射区，在N型重掺杂缓冲区(7)上的P型重掺杂集电极区(8)，在N型轻掺杂漂移区(2)上的栅结构区的绝缘区(9)和栅结构区的栅结构(10)，该栅结构区采用槽栅型结构，N型/P型重掺杂发射区上的发射极，P型重掺杂集电极区(8)上的集电极，栅结构区的栅结构(10)上的栅极。
2.根据权利要求1所述的一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件，其特征在于，在N型重掺杂缓冲区(7)上的P型重掺杂集电极区(8)的面积比发射极区的P型重掺杂区(5)的面积大。
3.根据权利要求1所述的一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件，其特征在于，所述栅结构区的栅结构(10)采用多晶硅材料，栅结构区的绝缘区(9)采用高K绝缘材料，该高K绝缘材料是一种单质或者化合物或者几种相关薄膜叠加组成的材料。
4.根据权利要求1所述的一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件，其特征在于，N型/P型重掺杂发射区上的发射极、P型重掺杂集电极区(8)上的集电极和栅结构区的栅结构(10)上的栅极的金属电极采用金属铜材料或者铝材料。
5.根据权利要求1所述的一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件，其特征在于，远离P型阱区(3)的栅结构区的绝缘区(9)的绝缘介质层比靠近P型阱区(3)的绝缘介质层厚。
6.根据权利要求1所述的一种平面型的槽栅IGBT半导体功率器件，其特征在于，半导体衬底(1)材料为半导体SiC基或者GaN基材料。
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| CN202021991680.5U CN212874493U (zh) | 2020-09-11 | 2020-09-11 | 一种平面型的槽栅igbt半导体功率器件 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114335233A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 苏州半导体总厂有限公司 | 光敏三极管及其制备方法 |
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