IGBT元胞结构和功率器件及制备和控制方法及车辆技术

本发明专利技术公开了一种IGBT元胞结构和功率器件及制备和控制方法及车辆，IGBT元胞结构包括漂移区；漂移区的正面形成有阱区、第一源区、第一栅极结构和发射电极，其中，阱区和第一源区与发射电极接触，第一栅极结构与阱区、第一源区和发射电极绝缘；漂移区的背面形成有电场截止层、集电区层和集电极，所述集电区层位于所述电场截止层和所述集电极之间；其中，在集电区层远离所述电场截止层的一面形成有第二栅极结构和第二源区，第二栅极结构与集电极绝缘，第二源区与集电极接触。根据本发明专利技术的TGBT元胞结构和功率器件及车辆，能够避免出现电流拖尾现象，减小关断损耗，提升IGBT器件的性能。提升IGBT器件的性能。提升IGBT器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
IGBT元胞结构和功率器件及制备和控制方法及车辆


[0001]本专利技术涉及功率半导体器件
，尤其是涉及一种IGBT(Insulated Gate Bipolar Transi stor，绝缘栅双极型晶体管)元胞结构和功率器件以及制备该IGBT元胞结构的方法和控制该功率器件的方法以及车辆。

技术介绍

[0002]IGBT器件是一种由MOSFET(Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor Field
‑
Effect Transistor，金氧半场效晶体管)控制的BJT(Bipolar Junction Transister，双极型晶体管)，在高频应用领域方面，尤其是在某些特定的应用领域例如电焊机中，要求IGBT器件具有较小的关断损耗。在现有的IGBT元胞结构中，若IGBT器件的背面集电极的掺杂浓度较高，当IGBT器件的沟道关断后，在漂移区中依然会存在大量的空穴，进而会产生电流拖尾现象，并且直至所有的空穴全部被发射电极吸收后，拖尾现象结束。
[0003]在相关技术中，由于在IGBT器件的沟道关断后，发射电极不能向漂移区中注入电子来复合掉漂移区中大量的空穴，因此会产生关断电流拖尾的现象，导致关断损耗变大，因此在对IGBT元胞结构进行改进时，优化IGBT器件的关断损耗，以及提升IGBT器件在高频应用领域的性能具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目的之一在于提出一种IGBT元胞结构，能够减小关断损耗，提升IGBT器件的性能。
[0005]本专利技术的目的之二在于提出一种功率器件。
[0006]本专利技术的目的之三在于提出一种车辆。
[0007]本专利技术的目的之四在于提出一种制备IGBT元胞结构的方法。
[0008]本专利技术的目的之五在于提出一种控制功率器件的方法。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提出的IGBT元胞结构，包括：漂移区；所述漂移区的正面形成有阱区、第一源区、第一栅极结构和发射电极，其中，所述阱区和所述第一源区与所述发射电极接触，所述第一栅极结构与所述阱区、所述第一源区和所述发射电极绝缘；所述漂移区的背面形成有电场截止层、集电区层和集电极，所述集电区层位于所述电场截止层和所述集电极之间；其中，在所述集电区层远离所述电场截止层的一面形成有第二栅极结构和第二源区，所述第二栅极结构与所述集电极绝缘，所述第二源区与所述集电极接触。
[0010]根据本专利技术实施例提出的IGBT元胞结构，通过在漂移区的正面设置第一栅极结构，以及在漂移区的背面设置第二栅极结构，相当于在IGBT元胞结构的背面并联一个MOS(Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor，金属氧化物半导体)结构，从而使IGBT器件具有双门极结构。基于本专利技术实施例的双门极的IGBT元胞结构的器件，在关断时漂移区的空穴较少，也能够抑制集电区层向漂移区注入空穴，从而使漂移区的全部空穴能尽快地被发射电极吸收，
加快电流变化，进而能够避免产生电流拖尾的现象，从而缩短关断时间，可以减小关断损耗。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述第二栅极结构包括：第二栅槽，所述第二栅槽从所述集电区层远离所述电场截止层的表面向内部延伸并贯穿所述集电区层并且所述第二栅槽的底部延伸至所述电场截止层中；第二栅极，所述第二栅极填设在所述第二栅槽内；在所述第二栅极与所述第二栅槽内表面之间设置有第二栅氧层。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述第二栅槽的深度H的取值范围3um≤H≤5.5um。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述第二栅槽的顶部设置有第二介质层，所述第二介质层的两端与所述集电极连接，以使所述第二栅极与所述集电极绝缘；所述第二源区位于所述集电区层并设置在所述第二栅槽的至少一侧，所述第二源区远离所述第二栅槽的一端与所述集电极接触，所述第二源区还与所述第二介质层接触。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述第二栅极结构包括第二栅极和第二栅氧层，所述第二栅极位于所述集电区层远离所述电场截止层的表面上，所述第二栅氧层设置在所述第二栅极与所述集电区层之间，所述第二栅极与所述集电极之间设置有第二介质层；所述第二源区位于所述集电区层远离所述电场截止层的表面内，所述第二源区的远离所述第二栅极的一端与所述集电极接触，所述第二源区的靠近所述第二栅极的一端与所述第二栅氧层接触。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述第一栅极结构包括：第一栅极和第一栅氧层，所述第一栅极与所述第一栅氧层的上表面接触，所述第一栅氧层的下表面与所述第一源区、所述阱区和所述漂移区接触。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述第一栅极与所述发射电极之间设置有第一介质层；所述阱区分布在所述漂移区正面表面内的两端，所述阱区的靠近所述漂移区中央的部分与所述第一栅氧层的下表面接触，所述阱区的远离所述漂移区中央的部分与所述发射电极接触，所述漂移区中央与所述第一栅氧层的下表面接触；所述第一源区设置在所述阱区中且靠近所述第一栅极，所述第一源区的一端与所述发射电极接触，所述第一源区的另一端与所述第一栅氧层的下表面接触，所述第一源区的中央部分与所述第一介质层接触。
[0017]在本专利技术的一些我实施例中，所述阱区设置在所述漂移区的正面表面内；所述第一栅极结构包括：第一栅槽，所述第一栅槽设置在所述阱区并贯穿所述阱区，所述第一栅槽的底部延伸至所述漂移区；第一栅极，所述第一栅极设置在所述第一栅槽内；在所述第一栅极与所述第一栅槽内表面之间设置有第一栅氧层。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述第一栅极与所述发射电极之间设置有第一介质层；所述第一源区设置在所述第一栅槽的至少一侧，所述第一源区的远离所述第一栅槽的一端与所述发射电极接触，所述第一源区还与所述第一介质层接触。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述IGBT元胞结构还包括：第二导电类型的接触区，所述接触区设置在所述阱区中，所述接触区包围所述第一源区，其中，所述接触区的一端与所述发射电极接触，所述接触区的另一端与所述第一栅槽外壁接触。
[0020]为了达到上述目的，本专利技术第二方面实施例提出的功率器件，包括至少一个如上面任一项实施例所述的IGBT元胞结构。
[0021]根据本专利技术实施例提出的功率器件，采用至少一个如上面任一项实施例的IGBT元
胞结构，通过在IGBT元胞结构漂移区的正面设置第一栅极结构，以及在漂移区的背面设置第二栅极结构，从而使IGBT器件具有双门极结构。采用双门极的IGBT元胞结构的器件在关断时，能够抑制集电区层向漂移区注入空穴，以及在IGBT元胞结构的至少一面设置有伸入式的栅极，能够增加IGBT元胞结构的沟道密度，在器件在关断时能加快电流变化，进而避免产生电流拖尾的现象，从而缩短关断时间，减小关断损耗。
[0022]为了达到上述目的，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT元胞结构，其特征在于，包括：漂移区；所述漂移区的正面形成有阱区、第一源区、第一栅极结构和发射电极，其中，所述阱区和所述第一源区与所述发射电极接触，所述第一栅极结构与所述阱区、所述第一源区和所述发射电极绝缘；所述漂移区的背面形成有电场截止层、集电区层和集电极，所述集电区层位于所述电场截止层和所述集电极之间；其中，在所述集电区层远离所述电场截止层的一面形成有第二栅极结构和第二源区，所述第二栅极结构与所述集电极绝缘，所述第二源区与所述集电极接触。2.根据权利要求1所述的IGBT元胞结构，其特征在于，所述第二栅极结构包括：第二栅槽，所述第二栅槽从所述集电区层远离所述电场截止层的表面向内部延伸并贯穿所述集电区层延伸至所述电场截止层中；第二栅极，所述第二栅极填设在所述第二栅槽内；在所述第二栅极与所述第二栅槽内表面之间设置有第二栅氧层。3.根据权利要求2所述的IGBT元胞结构，其特征在于，所述第一栅槽的深度H的取值范围为3um≤H≤5.5um。4.根据权利要求2所述的IGBT元胞结构，其特征在于，所述第二栅槽的顶部设置有第二介质层，所述第二介质层的两端与所述集电极连接，以使所述第二栅极与所述集电极绝缘；所述第二源区位于所述集电区层并设置在所述第二栅槽的至少一侧，所述第二源区远离所述第二栅槽的一端与所述集电极接触，所述第二源区还与所述第二介质层接触。5.根据权利要求1所述的IGBT元胞结构，其特征在于，所述第二栅极结构包括第二栅极和第二栅氧层，所述第二栅极位于所述集电区层远离所述电场截止层的表面上，所述第二栅氧层设置在所述第二栅极与所述集电区层之间，所述第二栅极与所述集电极之间设置有第二介质层；所述第二源区位于所述集电区层远离所述电场截止层的表面内，所述第二源区的远离所述第二栅极的一端与所述集电极接触，所述第二源区的靠近所述第二栅极的一端与所述第二栅氧层接触。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的IGBT元胞结构，其特征在于，所述第一栅极结构包括：第一栅极和第一栅氧层，所述第一栅极与所述第一栅氧层的上表面接触，所述第一栅氧层的下表面与所述第一源区、所述阱区和所述漂移区接触。7.根据权利要求6所述的IGBT元胞结构，其特征在于，所述第一栅极与所述发射电极之间设置有第一介质层；所述阱区分布在所述漂移区正面表面内的两端，所述阱区的靠近所述漂移区中央的部分与所述第一栅氧层的下表面接触，所述阱区的远离所述漂移区中央的部分与所述发射电极接触，所述漂移区中央与所述第一栅氧层的下表面接触；所述第一源区设置在所述阱区中且靠近所述第一栅极，所述第一源区的一端与所述发射电极接触，所述第一源区的另一端与所述第一栅氧层的下表面接触，所述第一源区的中
央部分与所述第一介质层接触。8.根据权利要求1
‑
5任一项所述的IGBT元胞结构，其特征在于，所述阱区设置在所述漂移区的正面表面内；所述第一栅极结构包括：第一栅槽，所述第一栅槽设置在所述阱区并贯穿所述阱区，所述第一栅槽的底部延伸至所述漂移区；第一栅极，所述第一栅极设置在所述第一栅槽内；在所述第一栅极与所述第一栅槽内表面之间设置有第一栅氧层。9.根据权利要求8所述的IGBT元胞结构，其特征在于，所述第一栅极与所述发射电极之间设置有第一介质层；所述第一源区设置在所述第一栅槽的至少一侧，所述第一源区的远离所述第一栅槽的一端与所述发射电极接触，所述第一源区还与所述第一介质层接触。10.根据权利要求9所述的IGBT元胞结构，其特征在于，所述IGBT元胞结构还包括：接触区，所述接触区设置在所述阱区中，所述接触区包围所述第一源区，其中，所述接触区的一端与所述发射电极接触，所述接触区的另一端与所述第一栅槽外壁接触。11.一种功率器件，其特征在于，包括至少一个如权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧慧，黄宝伟，
申请(专利权)人：比亚迪半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：