[實用新型]一種分裂柵IGBT結構

有效

• 申請號: 201920141788.6
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN209232796U
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 孫茂友;宋李梅;周麗哲
• 申請（專利權）人: 江蘇矽導集成科技有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/423
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 韓素娟

本實用新型公開了一種分裂柵IGBT結構，包括從下至上層疊設置的集電極、P++集電極區、N+緩沖區、N?漂移區、柵結構及頂部金屬層，柵結構包括柵介質層、第一柵電極和第二柵電極，頂部金屬層包括發射極和輔助電極，N?漂移區上部設有第一P型基區和第二P型基區，第一P型基區上部設有第一P+發射極區和N+發射極區，第一P+發射極區和N+發射極區與發射極連接，第一P型基區和N+發射極區與第一柵電極對應，第二P型基區上部設有第二P+發射極區，第二P+發射極區與輔助電極連接，第二P型基區與第二柵電極或第一柵電極對應，輔助電極與發射極之間連接電感L1，發射極與外部端子之間連接電感L2，電感L1和電感L2構成互感。該結構可極大提高器件瞬態開關速度。

技術領域

本實用新型涉及功率半導體器件技術領域，特別涉及一種絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種MOS場效應和雙極型晶體管復合的新型電力電子器件。它既有MOSFET易于驅動，控制簡單的優點，又有功率晶體管導通壓降低，通態電流大，損耗小的優點，因而廣泛應用在能源轉換、機車牽引、工業變頻、汽車電子和消費電子等領域，是電力電子領域重要核心器件之一。

現有技術的IGBT結構如圖1所示，包括從下至上依次層疊設置的集電極1’、P++集電極區2’、N+緩沖區3’、N-漂移區4’、柵結構及發射極5’，其中柵結構包括柵介質層6’及設置在柵介質層6’內的柵電極7’。N-漂移區4’上部對稱設置有兩個P型基區8’，P型基區8’上部設有P+發射極區9’和N+發射極區10’，P+發射極區9’和N+發射極區10’均與發射極5’連接，柵電極7’設置在P型基區8’和N+發射極區10’上方，通過柵介質層6’分隔。該結構包含三個電極：集電極C、發射極E和柵極G。器件輸入部分是由N+發射極區10’、P型基區8’和N-漂移區4’構成的NMOS，輸出部分是由P+發射極區9’、P型基區8’、N-漂移區4’、N+緩沖區3’和底部P++集電極區2’構成的雙極結型晶體管PNP。當柵極電壓高于器件閾值電壓時，NMOS導通，電子電流由發射極5’進入N-漂移區4’，給寬基區PNP晶體管提供基極驅動電流，開啟PNP晶體管，使器件進入導通狀態；當柵極電壓低于閾值電壓時，NMOS關斷，不再有電流注入到N-漂移區4’，使器件關斷。

但是，該結構的IGBT導通狀態下N-漂移區4內發生電導調制效應，存儲大量載流子，致使器件關斷過程相對較慢。此外，器件米勒電容（柵極集電極電容）較大，影響開通特性，造成柵極過沖電壓，制約了器件性能。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種分裂柵IGBT結構，減小柵極集電極電容，同時增加輔助電極注入/抽取電荷，提高器件瞬態開關速度。

本實用新型的目的是這樣實現的：一種分裂柵IGBT結構，包括從下至上依次層疊設置的集電極、P++集電極區、N+緩沖區、N-漂移區、柵結構及頂部金屬層，柵結構包括柵介質層及在柵介質層內分隔設置的第一柵電極和第二柵電極，頂部金屬層包括分隔設置的發射極和輔助電極，N-漂移區上部分隔設置有第一P型基區和第二P型基區，第一P型基區上部設有第一P+發射極區和N+發射極區，第一P+發射極區和N+發射極區均與發射極連接，第一P型基區和N+發射極區均與第一柵電極對應，第二P型基區上部設有第二P+發射極區，第二P+發射極區與輔助電極連接，第二P型基區與第二柵電極或第一柵電極對應，輔助電極與發射極之間連接電感L1，發射極與外部端子之間連接電感L2，電感L1和電感L2構成互感M1。

本實用新型的分裂柵IGBT結構，將柵電極分裂為兩部分，在不影響溝道柵控條件下極大減小了柵極集電極電容，大幅降低柵電荷；同時增加輔助電極，構成四端器件，可在器件開啟和關斷過程中分別注入、抽取電荷，極大提高器件瞬態開關速度。