一种igbt器件
阅读说明：本技术 一种igbt器件 (IGBT device ) 是由 龚轶 刘伟 刘磊 毛振东 王鑫 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供的一种IGBT器件,包括MOSFET单元阵列,每个MOSFET单元包括：位于n型漂移区顶部的p型体区,位于p型体区内的n型发射极区,位于p型体区之上栅介质层、栅极和n型浮栅,栅极位于栅介质层之上且靠近n型发射极区的一侧,n型浮栅位于栅介质层之上且靠近n型漂移区的一侧,栅极通过电容耦合作用于n型浮栅；至少有一个MOSFET单元的n型浮栅通过栅介质层与p型体区隔离,且至少有一个MOSFET单元的n型浮栅通过一个位于该n型浮栅下方的栅介质层中的开口与p型体区接触形成p-n结二极管。本发明可以方便的调节IGBT器件的反向恢复速度。(The embodiment of the invention provides an IGBT device, which comprises an array of MOSFET units, wherein each MOSFET unit comprises: the gate is positioned on the gate dielectric layer and close to one side of the n-type emitter region, the n-type floating gate is positioned on the gate dielectric layer and close to one side of the n-type drift region, and the gate acts on the n-type floating gate through capacitive coupling; the n-type floating gate of at least one MOSFET unit is separated from the p-type body region through the gate dielectric layer, and the n-type floating gate of at least one MOSFET unit is contacted with the p-type body region through an opening in the gate dielectric layer positioned below the n-type floating gate to form a p-n junction diode. The invention can conveniently adjust the reverse recovery speed of the IGBT device.)
技术领域
本发明属于IGBT器件技术领域，特别是涉及一种反向恢复速度可调的IGBT器件。
背景技术
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)器件是由MOS晶体管和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOS晶体管，输出极为PNP晶体管。现有技术的IGBT器件的导通和关断由栅极-发射极电压控制，当栅极-发射极电压大于MOS晶体管的阈值电压Vth时，MOS晶体管内部形成电流沟道并为双极性晶体管提供基极电流，使得IGBT器件导通。当栅极-发射极电压小于MOS晶体管的阈值电压Vth时，MOS晶体管内的电流沟道会被关断，双极性晶体管的基极电流被切断，从而IGBT器件被关断。现有技术的IGBT器件在关断时，当集电极-发射极电压小于0V时，IGBT器件中寄生的体二极管处于正偏压状态，反向电流从发射极经体二极管流至集电极，此时体二极管的电流存在注入少子载流子现象，而这些少子载流子在IGBT器件再一次开启时进行反向恢复，导致较大的反向恢复电流，反向恢复时间长。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种反向恢复速度可调的IGBT器件，以解决现有技术中的IGBT器件因少子载流子注入问题造成的反向恢复时间长的技术问题。
本发明实施例提供的一种IGBT器件，包括：
n型集电极区和p型集电极区，位于所述n型集电极区和所述p型集电极区之上的n型漂移区，以及由多个MOSFET单元组成的MOSFET单元阵列，所述MOSFET单元包括：
位于所述n型漂移区顶部的p型体区，位于所述p型体区内的n型发射极区，位于所述p型体区之上的栅极结构，所述栅极结构包括栅介质层、栅极和n型浮栅，所述栅极和所述n型浮栅位于所述栅介质层之上，且所述栅极位于靠近所述n型发射极区的一侧，所述n型浮栅位于靠近所述n型漂移区的一侧，所述栅极通过电容耦合作用于所述n型浮栅；
在所述MOSFET单元阵列中，至少有一个所述MOSFET单元的所述n型浮栅通过所述栅介质层与所述p型体区隔离，且至少有一个所述MOSFET单元的所述n型浮栅通过一个位于该n型浮栅下方的栅介质层中的开口与所述p型体区接触形成p-n结二极管。
可选的，本发明的IGBT器件，还包括位于所述n型集电极区和所述p型集电极区之上的n型场截止区，所述n型场截止区位于所述n型漂移区下方。
可选的，本发明的IGBT器件，所述栅极延伸至所述n型浮栅之上。
可选的，本发明的IGBT器件，所述栅极伸至所述n型浮栅之上且覆盖所述n型浮栅靠近所述n型漂移区一侧的侧壁。
可选的，本发明的IGBT器件，所述开口位于所述n型浮栅下方且靠近所述n型漂移区的一侧。
可选的，本发明的IGBT器件，至少有一个所述MOSFET单元的栅极与所述n型发射极区电性连接。
本发明实施例提供的一种IGBT器件，通过控制形成有p-n结二极管的MOSFET单元的数量，可以方便且准确的调整IGBT器件的反向恢复速度，使得IGBT器件具有更广泛的应用；同时，在调整形成有p-n结二极管的MOSFET单元的数量时，只需要通过修改用于形成栅介质层中的开口的一块掩膜版即可，这可以有效控制IGBT器件的制造成本。
附图说明
为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。
图1是本发明提供的一种IGBT器件的第一个实施例的剖面结构示意图；
图2是本发明提供的一种IGBT器件的第二个实施例的剖面结构示意图。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。同时，为清楚地说明本发明的具体实施方式，说明书附图中所列示意图，放大了本发明所述的层和区域的尺寸，且所列图形大小并不代表实际尺寸。说明书中所列实施例不应仅限于说明书附图中所示区域的特定形状，而是包括所得到的形状如制备引起的偏差等。
图1是本发明提供的一种IGBT器件的第一个实施例的剖面结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的一种IGBT器件包括n型集电极区20和p型集电极区30，位于n型集电极区20和p型集电极区30之上的n型场截止区29，位于n型场截止区29之上的n型漂移区21，以及由多个MOSFET单元组成的MOSFET单元阵列，图1中示例性的示出了两个MOSFET单元(MOSFET单元200和MOSFET单元201)。
本发明实施例的MOSFET单元包括：位于n型漂移区21顶部的p型体区22，位于p型体区22内的n型发射极区23；位于p型体区22之上的栅极结构，该栅极结构包括栅介质层24、n型浮栅25和栅极26，栅极26位于栅介质层24之上且靠近n型发射极区23的一侧且栅极26向n型漂移区21的一侧延伸至n型浮栅25之上，n型浮栅25位于栅介质层24之上且靠近n型漂移区21的一侧，栅极26和n型浮栅25由绝缘介质层27隔离，栅极26通过电容耦合作用于n型浮栅25。绝缘介质层27通常为二氧化硅。
本发明实施例的MOSFET单元阵列中，至少有一个MOSFET单元的n型浮栅25通过栅介质层24与p型体区22隔离(如图1中的MOSFET单元201)，且至少有一个MOSFET单元的n型浮栅25通过一个位于该n型浮栅25下方的栅介质层24中的开口28与p型体区22接触形成p-n结二极管(如图1中的MOSFET单元200)。
本发明实施例中的MOSFET单元的栅极26可以仅位于靠近n型发射极区23的一侧，即在横向上，栅极26和n型浮栅25左右设置(本发明实施例中未展示)，也可以是栅极26位于靠近n型发射极区23的一侧并向n型漂移区21的一侧延伸至n型浮栅25之上(如图2所示)，栅极26延伸至n型浮栅25之上，可以增大栅极26覆盖n型浮栅25的面积，增大栅极26对n型浮栅25的电容耦合率。
本发明实施例的一种IGBT器件，在正向阻断状态时，n型集电极区20和p型集电极区30被施加高电压，MOSFET单元200中的由n型浮栅25与p型体区22形成的p-n结二极管被正向偏置，MOSFET单元200中的n型浮栅25被充入正电荷，这使得MOSFET单元200中的n型浮栅25下面的电流沟道的阈值电压Vht1降低。MOSFET单元200中的n型浮栅25的电压与位于栅介质层24中的开口28的位置有关，可选的，位于栅介质层24中的开口28位于n型浮栅25下方且靠近n型漂移区21的一侧，由此可以使n型浮栅25更容易的被充入正电荷。
本发明实施例的IGBT器件在正向阻断状态和正向开启状态时，集电极-发射极电压Vce大于0V，MOSFET单元200中的n型浮栅25下面的电流沟道的阈值电压Vht1对整个MOSFET单元200的阈值电压Vth的影响很低，MOSFET单元200仍具有高阈值电压Vth。本发明实施例的IGBT器件在关断时，当发射极-集电极电压Vec大于0V时，MOSFET单元200中的n型浮栅25下面的电流沟道的阈值电压Vht1对整个MOSFET单元200的阈值电压Vth的影响很大，使得MOSFET单元200具有低阈值电压Vth，从而使MOSFET单元200的电流沟道在低栅极电压(或0V电压)下开启，从而能够增加流过MOSFET单元200的反向电流，减少流过IGBT器件中寄生的体二极管的电流，提高整个IGBT器件的反向恢复速度。
本发明实施例提供的一种IGBT器件，通过控制MOSFET单元阵列中形成有p-n结二极管的MOSFET单元的数量，可以方便且准确的调整IGBT器件的反向恢复速度，使得IGBT器件具有更广泛的应用；同时，在调整形成有p-n结二极管的MOSFET单元的数量时，只需要通过修改用于形成栅介质层中的开口的一块掩膜版即可，这可以有效控制IGBT器件的制造成本。
本发明实施例的IGBT器件的MOSFET单元阵列中，可以使得至少一个MOSFET单元的栅极26与n型发射极区23电性连接，即该部分栅极26接发射极电压，这可以降低IGBT器件的栅电荷。
图2是本发明提供的一种IGBT器件的第二个实施例的剖面结构示意图，与图1所示的本发明实施例的IGBT器件结构不同的是，本实施例中的IGBT器件中，MOSFET单元的栅极26向n型漂移区21的一侧延伸至n型浮栅25之上且覆盖n型浮栅25靠近n型漂移区21一侧的侧壁，由此可以进一步增大栅极26覆盖n型浮栅25的面积，进而能够增大栅极26对n型浮栅25的电容耦合率。
以上具体实施方式及实施例是对本发明技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
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