專利名稱：Igbt模塊和電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明書涉及具有并聯(lián)電連接的兩個(gè)或更多個(gè)IGBT (特別地并聯(lián)電連接的兩個(gè)或更多個(gè)功率IGBT)的IGBT模塊和電路的實(shí)施例。
背景技術(shù)：
在IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)中，隔離柵FET (場(chǎng)效應(yīng)晶體管)用于控制雙極型晶體管。這樣做時(shí)，在單個(gè)半導(dǎo)體器件中將對(duì)隔離柵FET的低損耗和快電壓控制與雙極型晶體管的高電流和低飽和電壓Vrasat進(jìn)行組合。相應(yīng)地，IGBT被廣泛地用在中到高功率應(yīng)用 (例如開關(guān)模式電源、逆變器和牽引發(fā)動(dòng)機(jī)控制)中。單個(gè)功率IGBT可以具有高達(dá)大約100 A或更高的電流開關(guān)能力，并可以承受高達(dá)6 kV或更高的閉鎖電壓。在功率應(yīng)用中，可以使用并聯(lián)連接的多個(gè)單獨(dú)IGBT的模塊來達(dá)到在高閉鎖電壓處高達(dá)幾百安培的電流處理能力。除了閉鎖能力和低飽和電壓VCEsat外，關(guān)斷期間的開關(guān)速度和軟化度(softness) (即，軟恢復(fù)特性)也是重要的特性?？梢栽陉P(guān)斷期間發(fā)生的過電壓和/或電壓振蕩和/或電流振蕩的方面描述軟化度。在許多應(yīng)用中，可以期望這些參數(shù)低于特定界限。然而，IGBT 的更好的軟化度可能伴隨有更高的開關(guān)損耗。在電流傳導(dǎo)開啟狀態(tài)中，IGBT的漂移區(qū)充滿了電荷載體(電子和空穴)的等離子體，從而確保低飽和電壓V。Esat。在IGBT的關(guān)斷或換向 (commutation)期間，必須再次去除所存儲(chǔ)的等離子體電荷。漂移區(qū)中空穴和電子的重新組合通常是次要的。相應(yīng)地，通常在飽和電壓Vrasat與IGBT和IGBT模塊分別的軟化度之間還存在權(quán)衡關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種IGBT模塊。所述IGBT模塊包括第一 IGBT，所述第
一IGBT具有第一半導(dǎo)體襯底、集電極、柵電極、發(fā)射電極和具有增益因子的集電極側(cè)晶體管。所述集電極側(cè)晶體管是在第一襯底中形成的。所述IGBT模塊還包括第二 IGBT，所述第
二IGBT具有第二半導(dǎo)體襯底、與所述第一 IGBT的集電極電連接的集電極、與所述第一 IGBT 的柵電極電連接的柵電極以及與所述第一 IGBT的發(fā)射電極電連接的發(fā)射電極。所述第二 IGBT還包括在第二襯底中形成的集電極側(cè)晶體管。所述第二 IGBT的集電極側(cè)晶體管具有與所述第一 IGBT的增益因子不同的第二增益因子。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種IGBT模塊。所述IGBT模塊包括至少第一 IGBT和至少第二 IGBT。所述第一 IGBT包括第一半導(dǎo)體襯底并具有關(guān)斷所述IGBT模塊期間的第一軟化度。所述第二 IGBT包括第二半導(dǎo)體襯底并具有關(guān)斷所述IGBT模塊期間的第二軟化度。 所述第二軟化度與所述第一軟化度不同。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種電子功率器件。所述電子功率器件包括共柵極端子、 共集電極端子、共發(fā)射極端子、第一 IGBT和第二 IGBT。所述第一 IGBT包括第一半導(dǎo)體襯底、 與所述共集電極端子電連接的第一集電極、與所述共柵極端子電連接的第一柵電極以及與所述共發(fā)射極端子電連接的第一發(fā)射電極。所述第二 IGBT包括第二半導(dǎo)體襯底、與所述共集電極端子電連接的第二集電極、與所述共柵極端子電連接的第二柵電極以及與所述共發(fā)射極端子電連接的第二發(fā)射電極。所述電子功率器件還包括第一電阻器和第二電阻器和/ 或第一集電極側(cè)晶體管和第二集電極側(cè)晶體管和/或外部電容器。所述第一電阻器連接在所述共柵極端子與所述第一柵電極之間，并且所述第二電阻器連接在所述共柵極端子與所述第二柵電極之間。所述第一電阻器與所述第二電阻器不同。所述第一集電極側(cè)晶體管是在第一襯底中作為所述第一 IGBT的一部分形成的，并具有第一增益因子。所述第二集電極側(cè)晶體管是在第二襯底中作為所述第二 IGBT的一部分形成的，并具有與所述第一增益因子不同的第二增益因子。所述外部電容器連接在所述第一柵電極與所述第一發(fā)射電極和所述第一集電極之一之間，或者連接在所述第二柵電極與所述第二發(fā)射電極和所述第二集電極之一之間。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種IGBT模塊。所述IGBT模塊包括共集電極端子；第一 IGBT，具有第一半導(dǎo)體襯底，所述第一半導(dǎo)體襯底具有與所述共集電極端子歐姆接觸的集電極區(qū)；以及第二 IGBT，具有第二半導(dǎo)體襯底，所述第二半導(dǎo)體襯底具有與所述共集電極端子歐姆接觸的集電極區(qū)。所述第二 IGBT的集電極區(qū)的摻雜濃度比所述第一 IGBT的集電極區(qū)的摻雜濃度低至少50%。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種電路。所述電路包括并聯(lián)連接的至少兩個(gè)單獨(dú)功率 IGBT0所述至少兩個(gè)單獨(dú)功率IGBT中的第一個(gè)包括具有一定的增益因子的集電極側(cè)pnp 晶體管，并且所述至少兩個(gè)單獨(dú)功率IGBT中的第二個(gè)包括具有比所述第一 IGBT的集電極側(cè)pnp晶體管的增益因子低至少10%的增益因子的集電極側(cè)pnp晶體管。


附圖被包括進(jìn)來以提供對(duì)實(shí)施例的進(jìn)一步理解，并且并入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖示意了實(shí)施例并與該描述一起用于解釋實(shí)施例的原理。其他實(shí)施例以及實(shí)施例的許多預(yù)期優(yōu)勢(shì)將隨著通過參照以下詳細(xì)描述變得更好理解而被容易地認(rèn)識(shí)到。 附圖的元素不一定相對(duì)于彼此按比例繪制。相似的參考標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的類似部分。圖1示意性地示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的IGBT模塊的垂直橫截面。圖2示意性地示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的電路圖。圖3示意性地示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的電路圖。圖4示意性地示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的電路圖。圖5示意性地示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的電路圖。圖6示意性地示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的IGBT模塊的關(guān)斷特性。圖7示意性地示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的IGBT模塊的關(guān)斷特性。圖8示意性地示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的IGBT模塊的、作為飽和電壓的函數(shù)的關(guān)斷損耗。
具體實(shí)施例方式在以下具體實(shí)施方式
中，參照了附圖，這些附圖形成以下具體實(shí)施方式
的一部分， 并且其中以示意的方式示出了可實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例。在這一點(diǎn)上，參照所描述的(多個(gè))附圖的定向，使用了方向性術(shù)語，如“頂”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等等。由于實(shí)施例的組件可以以多個(gè)不同定向而定位，因此方向性術(shù)語用于示意的目的而決不進(jìn)行限制。 應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，可以利用其他實(shí)施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)上或邏輯上的改變。因此，以下詳細(xì)描述不應(yīng)視為具有限制意義，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。現(xiàn)在將詳細(xì)地參照各個(gè)實(shí)施例，其一個(gè)或多個(gè)示例在附圖中示出。每個(gè)示例是以解釋的方式提供的，而不意在限制本發(fā)明。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分而示出或描述的特征可以用在其他實(shí)施例中或與其他實(shí)施例結(jié)合使用，以形成又另一實(shí)施例。所預(yù)期的是本發(fā)明包括此類修改和變型。使用不應(yīng)被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍的特定語言來描述示例。附圖不是按比例繪制的并且僅用于示意的目的。為了清楚，不同附圖中的相同標(biāo)記指示了相同的元素或制造步驟，除非另外聲明。本說明書中使用的術(shù)語“水平的”意在描述與半導(dǎo)體襯底或基底的第一或主水平表面基本上平行的定向。例如，這可以是晶片或小片的表面。本說明書中使用的術(shù)語“垂直的”意在描述與第一表面基本上垂直(S卩，與半導(dǎo)體襯底或基底的第一表面的法線方向平行)布置的定向。在本說明書中，ρ摻雜被稱作第一導(dǎo)電類型，而η摻雜被稱作第二導(dǎo)電類型。可以利用相反的摻雜關(guān)系來形成半導(dǎo)體器件，使得第一導(dǎo)電類型可以是η摻雜的并且第二導(dǎo)電類型可以是P摻雜的。此外，一些圖通過緊接著摻雜類型指示“_”或“ + ”來示出相對(duì)摻雜濃度。例如，“η—”意味著比“η”摻雜區(qū)的摻雜濃度小的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)比“η”摻雜區(qū)具有更大的摻雜濃度。然而，指示相對(duì)摻雜濃度并不意味著相同的相對(duì)摻雜濃度的摻雜區(qū)必須具有相同的絕對(duì)摻雜濃度，除非另外聲明。例如，兩個(gè)不同的η+區(qū)可以具有不同的絕對(duì)摻雜濃度。這同樣適用于例如η+和P+區(qū)。本說明書中描述的具體實(shí)施例涉及但不限于IGBT模塊，具體地，功率IGBT模塊。 本說明書中使用的術(shù)語“IGBT”和“功率IGBT”分別意在描述單個(gè)芯片上的IGBT和功率 IGBT0換言之，術(shù)語“IGBT”和“功率IGBT”用于在單個(gè)半導(dǎo)體襯底中集成的單獨(dú)器件。術(shù)語“功率IGBT”意在描述具有高電壓和/或高電流開關(guān)能力的IGBT。換言之，功率IGBT是為高電流(例如，處于安培范圍甚至百安培范圍內(nèi))和/或高電壓(例如，高于300V)而設(shè)計(jì)的。功率IGBT可以在單個(gè)芯片的有效區(qū)中包括多個(gè)IGBT結(jié)構(gòu)或IGBT單元小區(qū)。本說明書中使用的術(shù)語“IGBT模塊”意在描述具有并聯(lián)連接并可以被布置在公共外殼中的兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)IGBT的三端子器件。以下，單獨(dú)IGBT也被稱作IGBT芯片。在本說明書中，同義地使用術(shù)語IGBT芯片和單獨(dú)IGBT。IGBT模塊可以包括2、3、4、5、6、12、 M、32、48或任何其他適當(dāng)數(shù)目個(gè)單獨(dú)IGBT。本說明書中使用的術(shù)語“ IGBT模塊”還應(yīng)包括具有兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)連接的IGBT子模塊的電子器件，其中每個(gè)IGBT子模塊包括并聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)IGBT。單獨(dú)IGBT可以是垂直IGBT或平面IGBT。還可以在IGBT模塊中組合平面和垂直 IGBT。單獨(dú)IGBT的柵電極可以被布置在溝槽中或被布置在半導(dǎo)體基底或芯片的主表面上。 IGBT模塊的單獨(dú)IGBT是并聯(lián)連接的。這意味著單獨(dú)IGBT的集電極與IGBT模塊的共集電極端子歐姆連接，單獨(dú)IGBT的發(fā)射電極與IGBT模塊的共發(fā)射極端子耦合連接，單獨(dú)IGBT 的柵電極與IGBT模塊的共柵極端子歐姆連接。
在本說明書的上下文中，術(shù)語“歐姆接觸”、“電接觸”、“接觸”、“歐姆連接”和“電連接”意在描述在半導(dǎo)體器件的兩個(gè)區(qū)、部分或部件之間、或者在一個(gè)或多個(gè)器件的不同端子之間、或者在半導(dǎo)體器件的端子或金屬化部和部分或部件之間存在歐姆電連接或歐姆電流通路。IGBT模塊的單獨(dú)IGBT可以安裝在公共散熱底板(如銅板)上?？梢蕴峁┙雍暇€以將單獨(dú)IGBT芯片的集電極、發(fā)射電極和柵電極與IGBT模塊的相應(yīng)公共端子相連接?？梢酝ㄟ^外殼(如模制管殼)來對(duì)IGBT模塊的公共端子進(jìn)行饋給?？梢栽谕鈿?nèi)鑄造(例如利用硅)所接觸的單獨(dú)IGBT。備選地，可以使用壓接技術(shù)來接觸IGBT模塊的單獨(dú)IGBT。例如，可以將靈活管腳按壓在具有集成公共端子的頂板與安裝在公共絕緣板上的單獨(dú)IGBT的集電極、發(fā)射電極和柵電極的焊盤區(qū)之間。這種類型的IGBT模塊也可以被稱作壓裝式(press-packHGBT模塊。還可以在IGBT模塊中將接合和壓管腳(press-pin)連接組合。此外，可以使用倒裝芯片隆起連接來連接單獨(dú)垂直IGBT芯片的集電極。圖1以垂直橫截面的截面示出了 IGBT模塊500的實(shí)施例。在圖1的示例性實(shí)施例中，IGBT模塊包括兩個(gè)單獨(dú)IGBT 100和200。在該實(shí)施例中，兩個(gè)IGBT 100、200是垂直 DMOS結(jié)構(gòu)。為了清楚起見，圖1中僅示出了 DMOS結(jié)構(gòu)的一部分。IGBT 100包括半導(dǎo)體基底40，半導(dǎo)體基底40具有第一或主水平表面15和與第一表面15相對(duì)布置的第二表面16 或背表面16。同樣地，IGBT 200包括半導(dǎo)體基底401，半導(dǎo)體基底401具有第一或主水平表面151和與第一表面151相對(duì)布置的第二表面161或背表面161。半導(dǎo)體基底401與半導(dǎo)體基底40分離。半導(dǎo)體基底40、401可以由適于制造半導(dǎo)體器件的任何半導(dǎo)體材料制成。此類材料的示例包括但不限于基本半導(dǎo)體材料，例如硅(Si)或鍺(Ge);IV族化合物半導(dǎo)體材料， 例如碳化硅(SiC)或鍺化硅(SiGe) ；二元、三元或四元III-V族半導(dǎo)體材料，例如氮化鎵 (GaN),砷化鎵(GaAs )、磷化鎵(GaP )、磷化銦(InP )、磷化銦鎵(InGaPa )、氮化鋁鎵(AWaN)、 氮化鋁銦(AlhN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵銦(AlfeJnN)或磷化銦鎵砷(InGaAsP)；以及二元或三元II-VI族半導(dǎo)體材料，例如，舉幾個(gè)例子，碲化鎘(CdTe)和碲鎘汞(HgCdTe)。 上述半導(dǎo)體材料也被稱作同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。當(dāng)組合兩個(gè)不同半導(dǎo)體材料時(shí)，形成同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料的示例包括但不限于氮化鋁鎵(AKiaN)-氮化鋁鎵銦 (AWalnN)、氮化銦鎵(InGaN)-氮化鋁鎵銦(AWalnN)、氮化銦鎵(InGaN)-氮化鎵(GaN)、 氮化鋁鎵(AWaN)-氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)-氮化鋁鎵(AWaN)、硅-碳化硅 (SixCh)和硅-SiGe同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。對(duì)于功率半導(dǎo)體應(yīng)用，目前主要使用Si、SiC和 GaN材料。如果半導(dǎo)體基底包括分別具有高擊穿電壓和高臨界雪崩場(chǎng)強(qiáng)的高帶隙材料(如 SiC或GaN)，則可以將相應(yīng)半導(dǎo)體區(qū)的摻雜選擇為更高，這減小了導(dǎo)通電阻R。n。第一 IGBT 100的半導(dǎo)體基底40包括ρ型第一半導(dǎo)體區(qū)1，ρ型第一半導(dǎo)體區(qū)1延伸至背表面16并可以形成與集電極8或集電極金屬化部8相接觸的集電極區(qū)1。η型第二半導(dǎo)體區(qū)2布置在第一半導(dǎo)體區(qū)1與主水平表面15之間。ρη結(jié)布置在第一半導(dǎo)體區(qū)1與第二半導(dǎo)體區(qū)2之間。ρ型第三半導(dǎo)體區(qū)3與第二半導(dǎo)體區(qū)2形成另一 ρη結(jié)，并經(jīng)由ρ+型第五半導(dǎo)體區(qū)5與主水平表面15上布置的金屬化部10歐姆接觸。金屬化部10還與至少部分地嵌入第三半導(dǎo)體區(qū)3中的η+型第四半導(dǎo)體區(qū)4歐姆接觸。在主水平表面15上布置另一金屬化部或傳導(dǎo)層9，并利用絕緣區(qū)90將該另一金屬化部或傳導(dǎo)層9與半導(dǎo)體基底40 絕緣。第二、第三、第四和第五半導(dǎo)體區(qū)2、3、4、5分別可以形成漂移區(qū)2、基底區(qū)3、源區(qū)4 和基底接觸區(qū)5。金屬化部9和10分別可以形成柵電極9和發(fā)射電極10。同樣地，第二 IGBT 200的半導(dǎo)體基底401包括ρ型第一半導(dǎo)體區(qū)11，ρ型第一半導(dǎo)體區(qū)11延伸至背表面161并可以形成與集電極81或集電極金屬化部81相接觸的集電極區(qū)11。η型第二半導(dǎo)體區(qū)21布置在第一半導(dǎo)體區(qū)11與主水平表面151之間。ρη結(jié)布置在第一半導(dǎo)體區(qū)11與第二半導(dǎo)體區(qū)21之間。ρ型第三半導(dǎo)體區(qū)31與第二半導(dǎo)體區(qū)21形成另一 ρη結(jié)，并經(jīng)由ρ+型第五半導(dǎo)體區(qū)51與主水平表面151上布置的金屬化部101歐姆接觸。金屬化部101還與至少部分地嵌入第三半導(dǎo)體區(qū)31中的η+型第四半導(dǎo)體區(qū)41歐姆接觸。在主水平表面151上布置另一金屬化部或傳導(dǎo)層91，并利用絕緣區(qū)901將該另一金屬化部或傳導(dǎo)層91與半導(dǎo)體基底401絕緣。第二、第三、第四和第五半導(dǎo)體區(qū)21、31、41、51 分別可以形成漂移區(qū)21、基底區(qū)31、源區(qū)41和基底接觸區(qū)51。金屬化部91和101分別可以形成柵電極91和發(fā)射電極101。在圖1所示的示例性實(shí)施例中，IGBT 100和200是在相應(yīng)半導(dǎo)體基底40上布置有柵電極9、91的DM0S-IGBT。在其他實(shí)施例中，柵電極9和/或柵電極91布置在延伸至相應(yīng)半導(dǎo)體基底40、401中的相應(yīng)溝槽中。在其他實(shí)施例中，IGBT 100和200中的至少一個(gè)是平面IGBT。圖1所示的半導(dǎo)體區(qū)的摻雜關(guān)系也可以反轉(zhuǎn)。此外，其他半導(dǎo)體區(qū)可以布置在第一半導(dǎo)體區(qū)1與第二半導(dǎo)體區(qū)2之間。第一和/或第二 IGBT 100、200還可以包括可選的η型第六半導(dǎo)體區(qū)6、61，所述η型第六半導(dǎo)體區(qū)6、61可以形成如虛線所示的場(chǎng)終止 (field-stop)區(qū)。在一些實(shí)施例中，場(chǎng)終止區(qū)6、61也被稱作緩沖區(qū)6、61。換言之，第一和 /或第二 IGBT 100,200可以被形成為穿通型IGBT或非穿通型IGBT。第一 IGBT 100的柵電極9和第二 IGBT 200的柵電極91電連接至IGBT模塊500 的共柵極端子503。第一 IGBT 100的集電極8和第二 IGBT 200的集電極81電連接至IGBT 模塊500的共集電極端子502。此外，第一 IGBT 100的發(fā)射電極10和第二 IGBT 200的發(fā)射電極101電連接至IGBT模塊500的共發(fā)射極端子501。相應(yīng)地，器件500形成三端子電子器件500，例如三端子功率電子器件500。IGBT 100和200可以是功率半導(dǎo)體器件。在這種情況下，在功率半導(dǎo)體器件100、 200的相應(yīng)有效區(qū)中布置多個(gè)相應(yīng)的單元小區(qū)。相應(yīng)地，IGBT模塊500可以是電子功率器件或電子功率器件的一部分(例如，dc至dc轉(zhuǎn)換器、ac至ac轉(zhuǎn)換器或逆變器)。IGBT模塊 500還可以以開關(guān)模式電源或牽弓I發(fā)動(dòng)機(jī)控制進(jìn)行操作。根據(jù)額定功率和/或電流，多個(gè)單獨(dú)IGBT 100和200可以在單個(gè)IGBT模塊中并聯(lián)連接。備選地或附加地，多個(gè)IGBT子模塊可以并聯(lián)連接，以形成三端子電子功率器件。換言之，電子功率器件包括具有并聯(lián)連接的至少兩個(gè)單獨(dú)IGBT 100和200 (如多個(gè)功率IGBT 100和200)的電路。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在共柵極端子503與柵電極9和91之間分別布置第一電阻器R1 和與第一電阻器禮具有不同電阻值的第二&。第一電阻器R1連接在第一 IGBT 100的柵極端子9與共柵極端子503之間。第二電阻器&連接在第二 IGBT 200的柵極端子91與共柵極端子503之間。這樣做時(shí)，可以調(diào)整柵電極9、91的充電和放電時(shí)間。相應(yīng)地，即使當(dāng)IGBT 100和200具有基本上相等的特性時(shí)，關(guān)斷第一和第二 IGBT 100和200期間的時(shí)間常量和軟化度也可以不同。例如，第二電阻器&大約是0，S卩，表示小的線電阻，并且，第一電阻器札被選擇為使得與第二 IGBT 200的柵電極91和半導(dǎo)體基底401之間形成的電容器的充電時(shí)間相比，第一 IGBT 100的柵電極9和半導(dǎo)體基底40之間形成的電容器的充電時(shí)間增加至少大約10%，例如至少25%。當(dāng)關(guān)斷IGBT模塊500時(shí)，與第二 IGBT 200相比，第一 IGBT 100的關(guān)斷將稍微延長(zhǎng)。因此，可以避免或至少減少關(guān)斷IGBT模塊500期間的過電壓以及電壓和電流振蕩。換言之，改進(jìn)了 IGBT模塊500的軟化度。對(duì)于IGBT 100和200，在大約相同的柵極電容的情況下，第二電阻器R2的電阻與第一電阻器R1的電阻之比可以大于1. 2。備選地或附加地，可以通過將外部電容器連接在柵電極9、91中的至少一個(gè)與相應(yīng)發(fā)射電極10、101和/或相應(yīng)集電極8、81之間來調(diào)整柵極電容器的充電時(shí)間。以下參照?qǐng)D3和4來更詳細(xì)地解釋這一點(diǎn)。備選地或附加地，通過相應(yīng)半導(dǎo)體區(qū)的電荷載體的幾何結(jié)構(gòu)和/或摻雜關(guān)系和/ 或壽命來調(diào)整IGBT 100和200的關(guān)斷特性。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一和第二 IGBT 100,200的關(guān)斷特性(尤其是軟化度)被選擇為使關(guān)斷IGBT模塊500期間的軟化度得以改進(jìn)?？梢葬槍?duì)給定的電路(例如，針對(duì)與IGBT或 IGBT模塊相連接的給定電感負(fù)載)考慮IGBT或IGBT模塊的關(guān)斷軟化度。在本說明書中， 同義地使用術(shù)語“關(guān)斷軟化度”和軟化度。根據(jù)應(yīng)用，可以在下降時(shí)間、電壓特性(例如關(guān)斷期間發(fā)生的過電壓或電壓振蕩)方面確定軟化度。然而，還可以在電流特性或者電壓和電流特性的任意組合方面確定軟化度。例如，可以將表征關(guān)斷期間的軟化度或者器件或電路的軟恢復(fù)特性的軟化度因子定義為反向恢復(fù)電流下降時(shí)間tb與反向恢復(fù)電流上升時(shí)間、之比。該比值也稱作“恢復(fù)軟化度因子”，由下式給出
Srsf- tb/ ta。通常，所謂的“反向恢復(fù)軟化度因子” Skksf給出了對(duì)關(guān)斷軟化度的更好度量。其被定義為反向恢復(fù)電流i在該電流i在反向恢復(fù)時(shí)間的開始處經(jīng)過0時(shí)的上升速率與反向恢復(fù)電流i在該電流已經(jīng)過其峰值后的下降速率的最大值之比的絕對(duì)值，由下式給出
權(quán)利要求
1.一種IGBT模塊，包括第一 IGBT，包括第一半導(dǎo)體襯底、集電極、柵電極、發(fā)射電極和在第一襯底中形成的集電極側(cè)晶體管，所述集電極側(cè)晶體管具有第一增益因子；以及第二 IGBT，包括第二半導(dǎo)體襯底、與所述第一 IGBT的集電極電連接的集電極、與所述第一 IGBT的柵電極電連接的柵電極、與所述第一 IGBT的發(fā)射電極電連接的發(fā)射電極以及在第二襯底中形成的集電極側(cè)晶體管，所述第二 IGBT的集電極側(cè)晶體管具有與所述第一增益因子不同的第二增益因子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊，其中，所述第一增益因子和所述第二增益因子相差多于10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊，其中，所述第一IGBT包括與所述第一 IGBT的集電極歐姆接觸的具有第一摻雜濃度的集電極區(qū)，并且其中，所述第二 IGBT包括與所述第一 IGBT的集電極歐姆接觸的具有第二摻雜濃度的集電極區(qū)，所述第二摻雜濃度與所述第一摻雜濃度不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IGBT模塊，其中，所述第一摻雜濃度超過所述第二摻雜濃度至少50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊，其中，所述第一IGBT包括與所述第一 IGBT的集電極歐姆接觸的具有第一導(dǎo)電類型的集電極區(qū)以及具有第二導(dǎo)電類型的漂移區(qū)，并且其中，所述第二 IGBT包括與所述第二 IGBT的集電極歐姆接觸的具有第一導(dǎo)電類型的集電極區(qū)以及具有所述第二導(dǎo)電類型和與所述第一 IGBT的漂移區(qū)的摻雜濃度相差至少25%的摻雜濃度的漂移區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IGBT模塊，其中，所述第一IGBT的發(fā)射電極和集電極區(qū)之間存在第一最小距離，并且其中，所述第二 IGBT的發(fā)射電極和集電極區(qū)之間存在第二最小距離，所述第一最小距離和所述第二最小距離相差至少5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊，其中，所述第一IGBT包括與所述第一 IGBT的集電極歐姆接觸的具有第一導(dǎo)電類型的集電極區(qū)、具有第二導(dǎo)電類型的漂移區(qū)以及布置在集電極區(qū)與所述漂移區(qū)之間的具有所述第二導(dǎo)電類型的場(chǎng)終止層，所述場(chǎng)終止層的摻雜濃度高于所述漂移區(qū)的摻雜濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的IGBT模塊，其中，所述第二IGBT包括與所述第二 IGBT的集電極歐姆接觸的具有所述第一導(dǎo)電類型的集電極區(qū)、具有所述第二導(dǎo)電類型的漂移區(qū)以及布置在集電極區(qū)與所述漂移區(qū)之間的具有所述第二導(dǎo)電類型的場(chǎng)終止層，所述場(chǎng)終止層的摻雜濃度高于所述第二 IGBT的漂移區(qū)的摻雜濃度，并與所述第一 IGBT的場(chǎng)終止層的摻雜濃度相差至少10%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊，其中，第一和第二集電極側(cè)晶體管是pnp晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊，其中，所述第一IGBT的集電極和發(fā)射電極之間存在第一飽和電壓，并且其中，所述第二 IGBT的集電極和發(fā)射電極之間存在第二飽和電壓，所述第二飽和電壓高于所述第一飽和電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的IGBT模塊，其中，所述第一IGBT包括與其集電極鄰接布置且具有第一區(qū)域的Pn結(jié)，并且其中，所述第二 IGBT包括與其集電極鄰接布置且具有第二區(qū)域的Pn結(jié)，所述第一區(qū)域與所述第二區(qū)域之間的大小比大于大約0. 1。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊，其中，所述第一IGBT包括可操作用于承載所述 IGBT模塊的負(fù)載電流的第一部分的有效區(qū)，并且其中，所述第二 IGBT包括可操作用于承載所述IGBT模塊的負(fù)載電流的第二部分的有效區(qū)，所述第一 IGBT的有效區(qū)的大小處于所述第二 IGBT的有效區(qū)的大小的大約5%至大約2000%的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊，其中，第一IGBT和第二 IGBT的總數(shù)大于2。
14.一種IGBT模塊，包括至少一個(gè)第一 IGBT，包括第一半導(dǎo)體襯底并具有關(guān)斷所述IGBT模塊期間的第一軟化度；以及與所述至少一個(gè)第一 IGBT并聯(lián)連接的至少一個(gè)第二 IGBT，所述至少一個(gè)第二 IGBT包括第二半導(dǎo)體襯底并具有關(guān)斷所述IGBT模塊期間的第二軟化度，所述第二軟化度與所述第一軟化度不同。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的IGBT模塊，其中，所述第一IGBT具有第一軟化度因子，其中所述第二 IGBT具有第二軟化度因子，并且其中，所述第一軟化度因子比所述第二軟化度因子高至少20%。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的IGBT模塊，其中，所述至少一個(gè)第一IGBT被配置為承載負(fù)載電流的多于大約10%。
17.一種電子功率器件，包括共柵極端子；共集電極端子；共發(fā)射極端子；第一 IGBT，包括第一半導(dǎo)體襯底、與所述共集電極端子電連接的第一集電極、與所述共柵極端子電連接的第一柵電極以及與所述共發(fā)射極端子電連接的第一發(fā)射電極；第二 IGBT，包括與所述第一半導(dǎo)體襯底分離的第二半導(dǎo)體襯底、與所述共集電極端子電連接的第二集電極、與所述共柵極端子電連接的第二柵電極以及與所述共發(fā)射極端子電連接的第二發(fā)射電極；以及以下至少一項(xiàng)連接在所述共柵極端子與所述第一柵電極之間的第一電阻器和連接在所述共柵極端子與所述第二柵電極之間的第二電阻器，所述第一電阻器與所述第二電阻器不同；連接在所述第一柵電極與所述第一發(fā)射電極和所述第一集電極之一之間的外部電容器；連接在所述第二柵電極與所述第二發(fā)射電極和所述第二集電極之一之間的外部電容器；以及在第一襯底中作為所述第一 IGBT的一部分形成且具有第一增益因子的第一集電極側(cè)晶體管和在第二襯底中作為所述第二 IGBT的一部分形成且具有第二增益因子的第二集電極側(cè)晶體管，所述第二增益因子與所述第一增益因子不同。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電子功率器件，其中，所述第一增益因子和所述第二增益因子相差多于10%。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電子功率器件，其中，所述電子功率器件是dc至dc轉(zhuǎn)換器、ac至ac轉(zhuǎn)換器和逆變器中的至少一項(xiàng)。
20.—種IGBT模塊，包括共集電極端子；第一 IGBT，包括第一半導(dǎo)體襯底，所述第一半導(dǎo)體襯底包括與所述共集電極端子歐姆接觸的集電極區(qū)，該集電極區(qū)具有一定的摻雜濃度；以及第二 IGBT，包括第二半導(dǎo)體襯底，所述第二半導(dǎo)體襯底包括與所述共集電極端子歐姆接觸的集電極區(qū)，該集電極區(qū)的摻雜濃度比所述第一 IGBT的集電極區(qū)的摻雜濃度低至少 50%。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的IGBT模塊，還包括所述第一IGBT和所述第二 IGBT與之耦合的共發(fā)射極端子。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的IGBT模塊，還包括所述第一IGBT和所述第二 IGBT與之耦合的共柵極端子。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的IGBT模塊，其中，所述第一IGBT包括與所述共柵極端子相連接的第一柵電極，其中所述第二 IGBT包括與所述共柵極端子相連接的第二柵電極，并且其中，所述第一柵電極與所述共柵極端子之間的電阻超過所述第二柵電極與所述共柵極端子之間的電阻。
24.—種電路，包括并聯(lián)連接的至少兩個(gè)單獨(dú)功率IGBT，所述至少兩個(gè)單獨(dú)功率IGBT中的第一個(gè)包括具有一定增益因子的集電極側(cè)Pnp晶體管，并且所述至少兩個(gè)單獨(dú)功率IGBT中的第二個(gè)包括具有比所述第一 IGBT的集電極側(cè)pnp晶體管的增益因子低至少10%的增益因子的集電極側(cè)pnp晶體管。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的電路，其中，第一單獨(dú)功率IGBT包括作為所述第一IGBT的集電極側(cè)pnp晶體管的一部分的ρ型集電極區(qū)，并且其中，第二單獨(dú)功率IGBT包括作為所述第二 IGBT的集電極側(cè)pnp晶體管的一部分的ρ型集電極區(qū)，所述第二 IGBT的集電極區(qū)的摻雜濃度低于所述第一 IGBT的集電極區(qū)的摻雜濃度。
全文摘要
本發(fā)明涉及IGBT模塊和電路。提供了一種IGBT模塊。所述IGBT模塊具有至少第一單獨(dú)IGBT，具有關(guān)斷所述IGBT模塊期間的第一軟化度；以及至少第二單獨(dú)IGBT，并聯(lián)連接至至少一個(gè)第一IGBT。所述至少一個(gè)第二單獨(dú)IGBT具有關(guān)斷所述IGBT模塊期間的第二軟化度，所述第二軟化度與所述第一軟化度不同。還提供了具有并聯(lián)連接的兩個(gè)單獨(dú)IGBT的電路和電子功率器件。
文檔編號(hào)H01L29/08GK102456678SQ201110320319
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者J. 尼德諾斯泰德 F., 舒爾策 H-J., 費(fèi)爾斯?fàn)?H-P., 拉克 T. 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利有限公司