一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115939172A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211471798.9(22)申请日2022.11.23(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人伍伟喻明康高崇兵(51)Int.Cl.H01L29/06(2006.01)H01L29/739(2006.01)H01L27/07(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图2页(54)发明名称一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构(57)摘要本发明提供了一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，该结构在具有浮空P区的常规沟槽栅IGBT结构的基础上，在浮空P区上方添加钳位二极管，首先将浮空P区上方的场氧开槽，离子注入形成二极管的P+端，然后在开槽处沉积N+掺杂的多晶硅组成钳位二极管，最后将N+多晶硅连接器件发射极。钳位二极管在器件开启阶段通过将浮空P区钳位至低电位，从而降低了密勒电容并抑制从浮空P区流向栅极的反向栅极充电电流，进而使栅极电阻对器件集电极‑发射极电压有更好的可控性。同时，在器件关断阶段，由于钳位二极管形成额外的空穴提取路径，基区空穴的提取速率得到了提升，从而提高关断时间，减小拖尾电流，降低关断损耗。CN115939172ACN115939172A权利要求书1/1页1.一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，其元胞结构从下往上依次为：P型集电区(1)，N型缓冲层(2)和N型漂移区(3)，正面结构包含由载流子存储层(4)、P型基区(5)、P+型发射区(6)和N+型发射区(7)所组成的主流区，以及由P型浮空区(8)、P型二极管区(9)和多晶硅N型二极管区(10)所构成的支流区；发射区间有SiO2氧化层(11)和多晶硅(12)构成的栅极。2.根据权利要求1所述的实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，其特征在于，所述P型浮空区(8)上的P型二极管区(9)和多晶硅N型二极管区(10)构成PN钳位二极管，并连接发射极，从而将所述P型浮空区(8)在开启阶段钳位至低电位。3.根据权利要求1所述的实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，其特征在于，所述P型浮空区(8)的深度需比沟槽栅深度稍大，从而减少所述结构在开启阶段支流区的载流子数，增加主流区的载流子数，达到降低导通压降的效果。4.根据权利要求1所述的实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，其特征在于，所述多晶硅N型二极管区(10)需要高掺杂，使其与发射极金属形成欧姆接触，从而在关断阶段形成空穴通路。2CN115939172A说明书1/2页一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构技术领域[0001]本发明涉及半导体领域，具体涉及一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构。背景技术[0002]绝缘栅双极晶体管(InsulateGateBipolarTransistor，IGBT)作为当今电力电子应用中的焦点元件，其器件特性一直在飞速迭代。然而随着IGBT耐压、导通压降等静态特性近年来的不断发展，其静态特性优化已接近理论极限。因此，越来越多的研究人员转而对IGBT的开关特性进行研究。[0003]随着浮空P区IGBT的发明与进一步研究，IGBT的导通压降VCE(ON)与关断损耗EOFF的折中关系得到了极大地改善。但同时，研究者也发现该结构由于浮空P区空穴的不断积累，导致电位升高，从而产生浮空P区流向栅极的位移电流，该电流的产生会导致栅极电压发生意料之外的变化，造成栅极电阻Rg无法较好地调控IGBT的集电极电压和电流的变化率dVCE/dt和dIC/dt，最终在系统中引发较为严重的电磁干扰EMI噪声问题。因此解决浮空P区IGBT的这一问题，已成为学者们的研究焦点。发明内容[0004]针对增加IGBT的栅极可控性，进而改善器件EMI噪声特性的需求，本发明提供了一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构如图1所示。[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种实现栅极可控性增强的新型IGBT结构，其元胞结构包括：P型集电区(1)，N型缓冲层(2)和N型漂移区(3)，正面结构包含载流子存储层(4)、P型基区(5)、P+型发射区(6)和N+型发射区(7)、P型浮空区(8)、P型二极管区(9)和多晶硅N型二极管区(10)。发射区间有SiO2氧化层(11)和多晶硅(12)构成的栅极。其中载流子存储层(4)、P型基区(5)、P+型发射区(6)和N+型发射区(7)构成主流区，在导通阶段提供主要电流通路；P型浮空区(8)、P型二极管区(9)和多晶硅N型二极管区(10)组成支流区，为空穴电流额外通路。[0006]本发明的技术方案相对常规IGBT结构，主要针对IGBT的浮空P区结构进行改进。所述P型浮空区(8