CN112820772A - 一种浮空结构与沟槽分立的沟槽栅igbt器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件，包括：集电极金属；第一导电类型的集电区，位于集电极金属的上表面；第二导电类型的场截止层，位于第一导电类型的集电区的上表面；第二导电类型的漂移区，位于第二导电类型的场截止层的上表面；沟槽结构，位于第二导电类型的漂移区内；第一导电类型的浮空区，位于沟槽结构之间，且第一导电类型的浮空区与沟槽结构不相交叠；发射极金属，覆盖于整个器件的上方；所述第一导电类型的浮空区与发射极金属之间设有隔离介质层。本发明提高了IGBT在开通过程中的dv/dt控制能力，降低了开关过程中的EMI干扰，同时可以兼顾提高IGBT的器件耐压。
Description
技术领域
本发明涉及功率半导体器件技术领域，尤其涉及一种浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种MOS场效应与双极型晶体管复合的新型电力电子器件。它不但具有MOSFET输入电阻大，易于驱动，控制简单的优点；又具有双极型晶体管导通压降低，通态电流大的优点。现已成为现代电力电子电路中的核心元器件之一，广泛应用于交通、能源、工业、家用电器等领域。
现有的沟槽栅IGBT器件在开通过程中，由于空穴在沟槽侧壁的积累，进而降低了IGBT在开通过程中的dv/dt控制能力，不能有效抑制EMI干扰，同时难以兼顾提高IGBT的器件耐压。
发明内容
本发明的目的是提供一种浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件，提高了IGBT在开通过程中的dv/dt控制能力，降低了开关过程中的EMI干扰，同时可以兼顾提高IGBT的器件耐压。
为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件，包括：
集电极金属；
第一导电类型的集电区，位于集电极金属的上表面；
第二导电类型的场截止层，位于第一导电类型的集电区的上表面；
第二导电类型的漂移区，位于第二导电类型的场截止层的上表面；
沟槽结构，位于第二导电类型的漂移区内，且沿第二导电类型的漂移区的厚度方向延伸；所述沟槽结构包括沟槽，以及位于沟槽内的宽部、窄部，且宽部位于窄部下方；
第一导电类型的浮空区，位于沟槽结构之间，且第一导电类型的浮空区与沟槽结构不相交叠；所述宽部与第一导电类型的浮空区的最小间距小于窄部与第一导电类型的浮空区的最小间距；
发射极金属，覆盖于整个器件的上方；所述第一导电类型的浮空区与发射极金属之间设有隔离介质层。
较佳地，所述沟槽结构呈倒T型构造，宽部位于倒T型的横端，窄部位于倒T型的竖端。
较佳地，所述宽部包括宽部电极，以及填充于宽部电极与沟槽内壁之间的宽部介质；所述窄部包括窄部电极，以及填充于窄部电极与沟槽内侧壁之间的窄部介质；所述宽部电极与窄部电极相连。
较佳地，所述第一导电类型的浮空区的结深不小于窄部电极的深度。
较佳地，还包括：
第二导电类型的体区，位于沟槽结构的外侧；
第一导电类型的体区，位于第二导电类型的体区的上表面；
所述第一导电类型的体区的上表面并列设有第一导电类型的发射区及第二导电类型的发射区，且第二导电类型的发射区靠近沟槽结构布置。
较佳地，所述隔离介质层延伸覆盖至沟槽结构以及部分第二导电类型的发射区的上表面。
较佳地，所述发射极金属与第一导电类型的发射区、第二导电类型的发射区相连。
采用上述方案，本发明的有益效果是：
本发明通过设计第一导电类型的浮空区与沟槽结构不相交叠，有效防止了IGBT开通过程中，沟槽侧壁空穴的大量积累，从而减小了位移电流，改善IGBT开通过程中的dv/dt控制能力，有效地降低了EMI噪声。同时，通过倒T型沟槽结构的宽部，有效缩小了沟槽结构与第一导电类型的浮空区的间距，从而有效降低了宽部角落处的电场峰值，提高IGBT耐压。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，附图标识说明：
1—集电极金属， 2—第一导电类型的集电区，
3—第二导电类型的场截止层， 4—第二导电类型的漂移区，
5—第一导电类型的浮空区， 6—发射极金属，
7—宽部， 8—窄部，
9—第二导电类型的体区， 10—第一导电类型的体区，
11—第一导电类型的发射区， 12—第二导电类型的发射区，
13—隔离介质层， 71—宽部电极，
72—宽部介质， 81—窄部电极，
82—窄部介质。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
参照图1所示，本发明提供一种浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件，包括：集电极金属1；第一导电类型的集电区2，位于集电极金属1的上表面；第二导电类型的场截止层3，位于第一导电类型的集电区2的上表面；第二导电类型的漂移区4，位于第二导电类型的场截止层3的上表面；沟槽结构，位于第二导电类型的漂移区4内，且沿第二导电类型的漂移区4的厚度方向延伸；所述沟槽结构包括沟槽，以及位于沟槽内的宽部7、窄部8，且宽部7位于窄部8下方；第一导电类型的浮空区5，位于沟槽结构之间，且第一导电类型的浮空区5与沟槽结构不相交叠；所述宽部7与第一导电类型的浮空区5的最小间距小于窄部8与第一导电类型的浮空区5的最小间距，即宽部7的设计缩小了沟槽结构与第一导电类型的浮空区5的距离；发射极金属6，覆盖于整个器件的上方；所述第一导电类型的浮空区5与发射极金属6之间设有隔离介质层13。
其中，所述沟槽结构呈倒T型构造，宽部7位于倒T型的横端，窄部8位于倒T型的竖端。所述宽部7包括宽部电极71，以及填充于宽部电极71与沟槽内壁之间的宽部介质72；所述窄部8包括窄部电极81，以及填充于窄部电极81与沟槽内侧壁之间的窄部介质82；所述宽部电极71与窄部电极81相连。
继续参照图1，A点位于窄部8对应的沟槽侧壁，B点位于宽部7对应的沟槽侧壁。现有的IGBT器件结构，由于A点与第一导电类型的浮空区5相交叠，导致IGBT在开通过程中，沟槽侧壁A点处，空穴大量积累，导致A点处的电势突变，栅极位移电流增加，从而IGBT开通过程中的dv/dt不可控制。
而本发明中，A点与B点处，第一导电类型的浮空区5与沟槽结构不相交叠，A点与B点都是位于第二导电类型的漂移区4，第二导电类型的漂移区4作为空穴势垒，有效防止了此处空穴的积累，从而使栅极位移电流减小，可有效控制IGBT开通过程中的dv/dt。同时，沟槽结构在窄部8的下方设置宽部7，B点与第一导电类型的浮空区5的间距明显小于A点与第一导电类型的浮空区5的间距，有效缩小了沟槽结构与第一导电类型的浮空区5的间距，从而有效降低了宽部7角落处的电场峰值，提高IGBT耐压。因此，本发明可提高IGBT的dv/dt控制能力，降低开关过程EMI干扰，同时通过倒T型沟槽结构的设置兼顾提高IGBT器件耐压。
所述第一导电类型的浮空区5的结深不小于窄部电极81的深度。第一导电类型的浮空区5电位浮空，不与发射极金属6相连接。
此外，本发明提供的沟槽栅IGBT器件还包括：第二导电类型的体区9，位于沟槽结构的外侧；第一导电类型的体区10，位于第二导电类型的体区9的上表面；所述第一导电类型的体区10的上表面并列设有第一导电类型的发射区11及第二导电类型的发射区12，且第二导电类型的发射区12靠近沟槽结构布置。所述隔离介质层13延伸覆盖至沟槽结构以及部分第二导电类型的发射区12的上表面。所述发射极金属6与第一导电类型的发射区11、第二导电类型的发射区12相连。
本发明位于沟槽结构之间的第一导电类型的浮空区5与沟槽结构不相交叠，有效防止了IGBT开通过程中，沟槽侧壁空穴的大量积累，从而减小了位移电流，改善IGBT开通过程中的dv/dt控制能力，有效地降低了EMI噪声。然而，由于第一导电类型的浮空区5与沟槽结构不相交叠，会导致IGBT耐压的降低，第一导电类型的浮空区5与沟槽结构的间距越大，耐压越低，本发明通过倒T型沟槽结构的宽部7，有效缩小了沟槽结构与第一导电类型的浮空区5的间距，从而有效降低了宽部7角落处的电场峰值，提高IGBT耐压。
在一实施例中，第一导电类型可以包括P型，此时，第二导电类型可以包括N型。
在另一实施例中，第一导电类型可以包括N型，此时，第二导电类型可以包括P型。
本发明的IGBT器件中涉及的半导体可采用体硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅等半导体材料制作。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件，其特征在于，包括：
集电极金属；
第一导电类型的集电区，位于集电极金属的上表面；
第二导电类型的场截止层，位于第一导电类型的集电区的上表面；
第二导电类型的漂移区，位于第二导电类型的场截止层的上表面；
沟槽结构，位于第二导电类型的漂移区内，且沿第二导电类型的漂移区的厚度方向延伸；所述沟槽结构包括沟槽，以及位于沟槽内的宽部、窄部，且宽部位于窄部下方；
第一导电类型的浮空区，位于沟槽结构之间，且第一导电类型的浮空区与沟槽结构不相交叠；所述宽部与第一导电类型的浮空区的最小间距小于窄部与第一导电类型的浮空区的最小间距；
发射极金属，覆盖于整个器件的上方；所述第一导电类型的浮空区与发射极金属之间设有隔离介质层。
2.根据权利要求1所述的浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件，其特征在于，所述沟槽结构呈倒T型构造，宽部位于倒T型的横端，窄部位于倒T型的竖端。
3.根据权利要求1所述的浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件，其特征在于，所述宽部包括宽部电极，以及填充于宽部电极与沟槽内壁之间的宽部介质；所述窄部包括窄部电极，以及填充于窄部电极与沟槽内侧壁之间的窄部介质；所述宽部电极与窄部电极相连。
4.根据权利要求3所述的浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件，其特征在于，所述第一导电类型的浮空区的结深不小于窄部电极的深度。
5.根据权利要求1所述的浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件，其特征在于，还包括：
第二导电类型的体区，位于沟槽结构的外侧；
第一导电类型的体区，位于第二导电类型的体区的上表面；
所述第一导电类型的体区的上表面并列设有第一导电类型的发射区及第二导电类型的发射区，且第二导电类型的发射区靠近沟槽结构布置。
6.根据权利要求5所述的浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件，其特征在于，所述隔离介质层延伸覆盖至沟槽结构以及部分第二导电类型的发射区的上表面。
7.根据权利要求5所述的浮空结构与沟槽分立的沟槽栅IGBT器件，其特征在于，所述发射极金属与第一导电类型的发射区、第二导电类型的发射区相连。
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