一种调节igbt开通和关断损耗比例的新型结构
阅读说明：本技术 一种调节igbt开通和关断损耗比例的新型结构 (Novel structure for adjusting turn-on and turn-off loss proportion of IGBT ) 是由 陆潇 王海军 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构,包括第一接地沟槽、第一门极沟槽、发射极接触、第二门极沟槽及第二接地沟槽；第一接地沟槽和第一门极沟槽之间有第一无源台面,第一无源台面上设有发射极接触；第一门极沟槽和第二门极沟槽之间有源台面,有源台面还设有发射极接触；第二门极沟槽和第二接地沟槽之间设有第二无源台面,第二无源台面上设有发射极接触；在第一无源台面和第二无源台面的发射极接触被分隔成第一P阱和第二P阱,第一P阱和第二P阱之间通过高阻通路联通,第一P阱或第二P阱其中一个的第一侧通过氧化层与发射极金属连接。在本申请控制开通损耗/关断损耗比例可以被精准的分配以达到开通损耗与关断损耗的最优值。(The application discloses a novel structure for adjusting the turn-on and turn-off loss proportion of an IGBT (insulated gate bipolar transistor), which comprises a first grounding groove, a first gate electrode groove, an emitter contact, a second gate electrode groove and a second grounding groove; a first passive mesa is arranged between the first grounding groove and the first gate electrode groove, and an emitter electrode contact is arranged on the first passive mesa; an active mesa is arranged between the first gate electrode groove and the second gate electrode groove, and an emitter electrode contact is also arranged on the active mesa; a second passive table top is arranged between the second gate groove and the second grounding groove, and an emitter electrode contact is arranged on the second passive table top; the emitter contacts of the first passive mesa and the second passive mesa are separated into a first P well and a second P well, the first P well and the second P well are communicated through a high-resistance path, and the first side of one of the first P well or the second P well is connected with the emitter through an oxide layer. The control on-loss/off-loss ratio can be accurately distributed to reach the optimal value of the on-loss and the off-loss.)
技术领域
本申请属于绝缘栅双极型晶体管技术领域，具体涉及一种调节IGBT开 通和关断损耗比例的新型结构。
背景技术
在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件的定义过程中，开关损耗是最重 要的性能参数之一，而开关损耗分为开通和关断损耗，两者之间也存在着 一定的联系，特别是总栅电荷(Qg)比较大的情况下，一些减少关断损耗 的措施会不可避免的增加栅源电容或栅发射极间电容(Cgs)，这使得栅- 源电荷(Qgs)显著的增大，开启过程中的电流变化速率(didt)变小，从 而使得开通损耗出现成倍的增加。调节和优化开通损耗与关断损耗之间的 比例是器件定义过程中一项非常重要的内容，它不仅帮助开通损耗与关断 损耗都能够达到目标值，而且好的开通损耗/关断损耗比例也有助于最小化 总的开关损耗，而有效的调节两者比例的技术研究是目前亟待解决的。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种 调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
本申请提出了一种调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构，包 括：第一接地沟槽、第一门极沟槽、发射极接触、第二门极沟槽以及第二接 地沟槽；
在所述第一接地沟槽和所述第一门极沟槽的第一侧之间具有第一无源台 面，在所述第一无源台面上还设有发射极接触；
所述第一门极沟槽的第二侧和所述第二门极沟槽的第一侧之间具有源台 面，在所述有源台面还设有发射极接触；
所述第二门极沟槽的第二侧和所述第二接地沟槽之间还设有第二无源台 面，在所述第二无源台面上还设有发射极接触；
在所述第一无源台面和所述第二无源台面的所述发射极接触均被阻塞沟 槽分隔成第一P阱和第二P阱，其中，所述第一P阱和所述第二P阱之间通 过高阻通路实现联通。
可选地，上述的调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构，其中， 所述第一P阱或所述第二P阱其中一个的第一侧通过氧化层与发射极金属连 接。
可选地，上述的调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构，其中， 所述发射极接触还与发射极金属连接。
可选地，上述的调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构，其中， 所述阻塞沟槽与所述发射极接触分离设置。
可选地，上述的调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构，其中， 所述阻塞沟槽与所述发射极接触短接。
可选地，上述的调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构，其中， 所述第一P阱和所述第二P阱之间以所述第一门极沟槽/所述第二门极沟槽与 所述阻塞沟槽形成的高阻通路实现联通。
可选地，上述的调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构，其中， 所述第一P阱和所述第二P阱之间以所述发射极接触与所述阻塞沟槽形成的 高阻通路实现联通。
可选地，上述的调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构，其中， 所述门极沟槽与所述发射极接触之间还设有发射结和氧化层。
可选地，上述的调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构，其中， 所述阻塞沟槽采用多晶硅及栅氧填充形成。
可选地，上述的调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构，其中， 所述第一P阱或所述第二P阱的第二侧还连接有偏移区。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
在本申请中，所述第一无源台面和所述第二无源台面的所述发射极接触 均被阻塞沟槽分隔成第一P阱和第二P阱，其中，所述第一P阱和所述第二 P阱之间通过高阻通路实现联通，其中，电阻Rp可以通过高阻通路的宽度和 长度精确控制，通过Rp从而可以比较精准的控制第二P阱的电压，进而控制 开通损耗/关断损耗比例可以被精准的分配以达到开通损耗与关断损耗的最 优值。
在本申请中，所述阻塞沟槽可以是一段沟槽，也可以是多段有间隔的沟 槽，设置的灵活度高，实用性强；其中，所述阻塞沟槽采用多晶硅及栅氧填 充形成。当然，所述阻塞沟槽也可以是只有氧化层或其他非导电材质填充形 成。
在本申请中，电阻Rp可以通过高阻通路的宽度和长度精确控制，通过Rp从而可以比较精准的控制第二P阱的电压，而第二P阱区域的在电压变化 (dvdt)过程中的栅极电荷是C*(Vg-V第二P阱)，因为第二p阱不直接接地， 而是通过一个高阻通路，它的电压取件于dvdt时的位移电流以及高阻通路的 电阻，于是dvdt过程中的Qg被这个高阻通路的电阻所控制。比如，如果Rp比较大，第二P阱更倾向于是浮动的，那么开启过程的Qg比较小，开通损耗 (Eon)会比较小，而在关断过程中由于第二P阱区的等离子的放电通路被阻 塞，所以放电过程变慢，(关断损耗)Eoff增大，反之亦然。基于这一原理， 开通损耗/关断损耗比例可以被精准的分配以达到开通损耗与关断损耗的最 优值。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申 请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本申请一实施例调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构的剖 面图；
图2：如图1所示结构沿C1方向的剖视图；
图3：如图1所示结构沿C2方向的剖视图；
图4：如图1所示结构沿C3方向的剖视图；
图5：本申请一实施例调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构的局 部剖视图；
图6：如图5所示结构的剖视图；
图7：本申请又一实施例调节IGBT开通和关断损耗比例的新型结构的 剖面图；
图8：如图7所示结构的局部放大图；
图9：本申请一实施例中高阻通路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1至图4所述，在本申请的其中一个实施例中，一种调节IGBT 开通和关断损耗比例的新型结构，包括：第一接地沟槽10、第一门极沟槽 20、发射极接触30、第二门极沟槽40以及第二接地沟槽50；
在所述第一接地沟槽10和所述第一门极沟槽20的第一侧之间具有第一 无源台面A，在所述第一无源台面A上还设有发射极接触30；
所述第一门极沟槽20的第二侧和所述第二门极沟槽40的第一侧之间具 有源台面C，在所述有源台面C还设有发射极接触30；
所述第二门极沟槽40的第二侧和所述第二接地沟槽50之间还设有第二 无源台面B，在所述第二无源台面B上还设有发射极接触30；
在所述第一无源台面A和所述第二无源台面B的所述发射极接触30均 被阻塞沟槽60分隔成第一P阱71和第二P阱72，其中，所述第一P阱71 和所述第二P阱72之间通过高阻通路实现联通。
在本实施例中，所述第一无源台面A和所述第二无源台面B的所述发射 极接触30均被阻塞沟槽60分隔成第一P阱71和第二P阱72，其中，所述 第一P阱71和所述第二P阱72之间通过高阻通路实现联通，其中，Rp可以 通过高阻通路的宽度和长度精确控制，因为第二p阱不直接接地，而是通过 一个高阻通路，它的电压取件于dvdt时的位移电流以及高阻通路的电阻，通 过Rp从而可以比较精准的控制第二P阱72的电压，而第二P阱72区域的在 电压变化(dvdt)过程中的栅极电荷是C*(Vg-V第二P阱)，于是dvdt过程中的 Qg被这个高阻通路的电阻所控制。比如，如果Rp比较大，第二P阱72更倾 向于是浮动的，那么开启过程的Qg比较小，开通损耗(Eon)会比较小，而 在关断过程中由于第二P阱72区的等离子的放电通路被阻塞，所以放电过程 变慢，(关断损耗)Eoff增大，反之亦然。基于这一原理，开通损耗/关断损 耗比例可以被精准的分配以达到开通损耗与关断损耗的最优值。
其中，在本实施例中，所述高阻通路的电阻可通过控制所述阻塞沟槽60 的长度和宽度来实现精准的控制。
还需要说明地是，在本实施例中，所述阻塞沟槽60可以是一段沟槽，也 可以是多段有间隔的沟槽，设置的灵活度高，实用性强。
如图2所示，在本实施例中，所述第一P阱71或所述第二P阱72其中 一个的第一侧通过氧化层80与发射极金属90连接。其中，在本实施例中， 以所述第一P肼71的第一侧通过氧化层80与发射极金属90连接为例进行举 例说明。本领域技术人员能够清楚地理解：第二P肼72的第一侧通过氧化层 80与发射极金属90连接的具体实现方式。
进一步地，在本实施例中，所述发射极接触30还与发射极金属90连接。
如图4所示，在本实施例中，所述门极沟槽与所述发射极接触30之间还 设有发射结31和氧化层80。
可选地，所述阻塞沟槽60采用多晶硅及栅氧填充形成。当然，所述阻塞 沟槽60也可以是只有氧化层80或其他非导电材质填充形成。
如图2至图4所示，在本实施例中，所述第一P阱71或所述第二P阱 72的第二侧还连接有偏移区100。
如图5和图6所示，进一步可选地，所述阻塞沟槽60与所述发射极接触 30分离设置。
或者，进一步可选地，所述阻塞沟槽60与所述发射极接触30通过阻塞 栅接触61短接。即，在本实施例中，所述阻塞沟槽60可以是浮动的，也可 以与所述发射极接触30短接。
进一步地，在本实施例中，如图7至图9所示，所述第一P阱71和所述 第二P阱72之间以所述第一门极沟槽20与所述阻塞沟槽60形成的高阻通路 实现联通；或者，所述第一P阱71和所述第二P阱72之间以所述第二门极 沟槽40与所述阻塞沟槽60形成的高阻通路实现联通。
所述第一P阱71和所述第二P阱72之间以所述发射极接触30与所述阻 塞沟槽60形成的高阻通路实现联通。
其中，请继续参考图7至图9：
V第一P阱＝0，
V第二P阱＝V第一P阱+IRp*Rp＝IRp*Rp，
其中，IRp是dvdt过程中通过第二P阱72的充放电的位移电流。可以看 出，因为Rp可以通过高阻通路的宽度和长度精确控制，通过Rp从而可以比较 精准的控制第二P阱72的电压，而第二P阱72区域的在电压变化(dvdt) 过程中的栅极电荷是C*(Vg-V第二P阱72)，于是dvdt过程中的Qg被这个高阻通 路的电阻所控制。比如，如果Rp比较大，第二P阱72更倾向于是浮动的， 那么开启过程的Qg比较小，开通损耗(Eon)会比较小，而在关断过程中由 于第二P阱72区的等离子的放电通路被阻塞，所以放电过程变慢，(关断损 耗)Eoff增大，反之亦然。基于这一原理，开通损耗/关断损耗比例可以被精 准的分配以达到开通损耗与关断损耗的最优值。
在本申请中，所述第一无源台面A和所述第二无源台面B的所述发射极 接触30均被阻塞沟槽60分隔成第一P阱71和第二P阱72，其中，所述第 一P阱71和所述第二P阱72之间通过高阻通路实现联通，其中，Rp可以通 过高阻通路的宽度和长度精确控制，通过Rp从而可以比较精准的控制第二P 阱72的电压，而第二P阱区域的在电压变化(dvdt)过程中的栅极电荷是 C*(Vg-V第二P阱)，因为第二p阱不直接接地，而是通过一个高阻通路，它的 电压取件于dvdt时的位移电流以及高阻通路的电阻，于是dvdt过程中的Qg被这个高阻通路的电阻所控制，进而控制开通损耗/关断损耗比例可以被精准 的分配以达到开通损耗与关断损耗的最优值。在本申请中，所述阻塞沟槽60 可以是一段沟槽，也可以是多段有间隔的沟槽，设置的灵活度高，实用性强； 其中，所述阻塞沟槽60采用多晶硅及栅氧填充形成。当然，所述阻塞沟槽 60也可以是只有氧化层80或其他非导电材质填充形成。综上，本申请具有 良好的市场应用前景。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、 “固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或 成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过 中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。 对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请 中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上” 或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征 不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二 特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方， 或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、 “下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示 第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关 系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不 是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅 用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例 对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申 请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范 围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。