一种具有体二极管的新型IGBT结构

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种具有体二极管的新型igbt结构。

背景技术：

1、igbt由于其驱动电路简单、驱动功率低等优点，越来越受到理论研究的关注。igbt是由mos和bjt部件组成的电压控制器件。在高压、大电流、快速开关和大功率应用中，igbt表现出较低的电阻特性，因此已成为一种很有前途的功率半导体器件。

2、为了提高igbt的导通压降vce(on)与关断损耗eoff的折中关系，浮空p区igbt被提出。随着浮空p区igbt的发明与进一步研究，研究者也发现该结构的emi问题较为严重。这是由于器件开启时p型浮空区不断积累的空穴引发p型浮空区流向栅极的位移电流导致的，该电流的产生会使栅极对器件电流电压的可控性降低，具体影响为使栅极电阻rg对集电极-发射极电压vce和电流ic的变化率dvce/dt和dic/dt的控制能力下降，最终在系统中引发较为严重的电磁干扰emi噪声问题。

技术实现思路

1、针对增加igbt的栅极对器件电压电流的可控性，进而改善器件emi噪声特性的需求，本发明提供了一种具有体二极管的新型igbt结构如图1所示。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种具有体二极管的新型igbt结构，其元胞结构包括：p型集电区(1)、n型缓冲层(2)、n型漂移区(3)、载流子存储层(4)、p型基区(5)、p+型发射区(6)、n+型发射区(7)、p型浮空区(8)、n+接触区(9)。发射区间有sio2氧化层(10)和多晶硅(11)构成的沟槽栅。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)、n+接触区(9)组成体二极管区，提供额外的空穴路径。

3、本发明的技术方案相对常规igbt结构，主要针对igbt的p型浮空区结构进行改进。所述p型浮空区(8)与p型浮空区(8)上的n+接触区(9)构成体二极管，并由n+接触区(9)直接连接发射极，从而在器件开启阶段将所述p型浮空区(8)钳位至低电位。

4、进一步地，所述p型浮空区(8)与p型基区(5)深度相同，使p型基区(5)与p型浮空区(8)在工艺流程中可通过单次离子注入完成，从而减少所述结构的工艺复杂度。

5、进一步地，所述p型浮空区(8)的深度需比沟槽栅深度稍大，从而使p型浮空区(8)下方载流子分布减少，发射极区载流子更多地分布在主流区，达到降低导通压降的效果。

6、进一步地，所述n+接触区(9)需要高掺杂，使其与发射极金属形成欧姆接触，从而形成额外的空穴通路。

7、本发明的有益效果为：本发明提供了一种具有体二极管的新型igbt结构，该结构在常规igbt结构的基础上，在p型浮空区上方注入n+接触区形成体二极管。体二极管在器件开启阶段通过将p型浮空区钳位至低电位，从而抑制位移电流，同时降低了密勒电容，进而使栅极电阻对器件集电极-发射极的电压与电流有更好的可控性，进而降低emi噪声。同时，在器件关断阶段，体二极管提供的额外空穴路径提高了基区空穴的提取速率，从而降低关断时间，减小关断损耗。

技术特征：

1.一种具有体二极管的新型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)、n+接触区(9)所构成的体二极管区；发射区间有sio2氧化层(10)和多晶硅(11)构成的沟槽栅。

2.根据权利要求1所述的具有体二极管的新型igbt结构，其特征在于，所述p型浮空区(8)与p型浮空区(8)上的n+接触区(9)构成体二极管，并由n+接触区(9)直接连接发射极，从而在器件开启阶段将所述p型浮空区(8)钳位至低电位。

3.根据权利要求1和2所述的具有体二极管的新型igbt结构，其特征在于，所述p型浮空区(8)与p型基区(5)深度相同，使p型基区(5)与p型浮空区(8)在工艺流程中可通过单次离子注入完成，从而减少所述结构的正面工艺复杂度。

4.根据权利要求1和2所述的具有体二极管的新型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，从而优化所述结构在开启阶段发射极区的载流子分布，降低导通压降的效果。

5.根据权利要求1所述的具有体二极管的新型igbt结构，其特征在于，所述n+接触区(9)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。

技术总结
本发明提供了一种具有体二极管的新型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P型浮空区上方开孔注入施主离子，形成N+接触区，与P型浮空区一起构成体二极管。在开启瞬态，新器件通过体二极管将P型浮空区钳位至低电位，以此抑制位移电流、降低密勒电容，从而提高栅极电阻对器件集电极‑发射极电压的可控性，减小EMI噪声。在关断瞬态，新器件通过体二极管形成的额外空穴路径加速提取基区空穴，从而降低关断时间，减小关断损耗。

技术研发人员：伍伟,喻明康,高崇兵
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12