[发明专利]具有集成栅极‑电阻器的功率MOS晶体管

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及诸如金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)之类的功率MOS晶体管的领域。

背景技术

MOS晶体管(诸如功率MOSFET或IGBT)可以通过对晶体管的栅极充电和放电而导通和关断。为了控制在非导电(关断状态)和导电状态(导通状态)之间转换，以及反之亦然，栅极-电阻器通常连接至晶体管的栅极电极。栅极-电阻器的电阻限制了对栅极充电或放电的栅极电流。为了对功率MOS晶体管的栅极电容器充电和放电，使用专用的栅极驱动器电路(或简单的栅极驱动器)。这样的栅极驱动器响应于可以表示晶体管的所需开关状态(导通或关断)的一个或多个逻辑信号(二进制信号)而对栅极充电和放电。

在一些应用中，需要具有不同的栅极电流值以用于分别对MOS晶体管的栅极充电和放电。用于对栅极充电和放电的不同栅极电流值导致非对称开关，也即对于导通和关断晶体管而言开关时间显著不同。例如可以通过使用合适的设计的栅极驱动器电路而获得这种非对称开关行为。这样的栅极驱动器通常需要相对较复杂的电路设计。此外，由于这样的栅极驱动器电路内存在的不可避免的寄生电路部件，可以发生各种不希望的效应。因此需要一种改进的MOS晶体管，其允许非对称开关而无需复杂的栅极驱动器电路。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种晶体管器件。晶体管器件包括：至少一个个体晶体管单元，布置在半导体本体上晶体管单元区域中，每个个体晶体管单元包括栅极电极；栅极接触，电耦合至晶体管单元的栅极电极，并且被配置用于通过提供沿第一方向的栅极电流而导通至少一个晶体管单元、以及被配置用于通过提供沿第二方向的栅极电流而关断至少一个晶体管单元，第二方向与第一方向相反；以及至少一个栅极-电阻器结构，单片地集成在晶体管器件中，栅极-电阻器结构在栅极电流沿第一方向流动时针对栅极电流提供第一电阻，并且在栅极电流沿第二方向流动时针对栅极电流提供不同于第一电阻的第二电阻。

此外，公开了一种半导体本体上的栅极-电阻器结构。半导体本体包括第一导电类型或第二导电类型的栅极电极，并且栅极电极包括顶表面。栅极结构包括：第一导电类型的第一半导体区域，从顶表面沿垂直方向延伸到栅极电极中；第二导电类型的第二半导体区域，被布置为与第一半导体区域相邻，由此与第一半导体区域形成pn结，第二半导体区域沿垂直方向布置在第一半导体区域下方；绝缘层，被布置为将第一半导体区域与周围的栅极电极绝缘；以及接触层，被布置在顶表面上，覆盖第一半导体区域以电连接第一半导体区域，并且附加地覆盖顶表面的沿水平方向在第一半导体区域旁边的部分。

此外，公开了一种半导体本体上的栅极-电阻器结构。栅极-电阻器结构包括：第一或第二导电类型的第一电阻区段，第一电阻区段包括顶表面；第二电阻区段，电耦合在连接层和栅极接触之间，连接层被配置为耦合至多个晶体管单元，并且栅极接触被配置用于通过提供沿第一方向的栅极电流而导通多个晶体管单元、以及被配置用于通过提供沿第二方向的栅极电流而关断多个晶体管单元，第二方向与第一方向相反；第一绝缘层，被布置用于将连接层、第一电阻区段和第二电阻区段与半导体本体绝缘；第二绝缘层，被布置用于将第一电阻区段与连接层和第二电阻区段绝缘；以及第一二极管区段，从第一电阻区段的顶表面沿垂直方向延伸到第一电阻区段中，第一二极管区域和第一电阻区段串联耦合在连接层和栅极接触之间。

附图说明

参照以下附图和说明书可以更好理解本发明。附图中部件无需按照比例绘制；替代地，着重强调对本发明原理的说明。然而，在附图中，相同附图标记表示对应的部件。在附图中：

图1示出了具有外部栅极-电阻器的IGBT的示例，

图2(包括图2a和图2b)示出了具有外部栅极-电阻器的IGBT的其他示例，

图3(包括图3a和图3b)示出了具有集成的栅极-电阻器结构的IGBT的示例，

图4示出了穿过垂直晶体管部件的垂直截面图，

图5示出了根据本发明一个实施例的穿过栅极结构的垂直截面图，

图6示出了根据本发明另一实施例穿过栅极结构的垂直截面图，

图7示出了根据本发明另一实施例穿过栅极结构的垂直截面图，

图8示出了根据本发明另一实施例穿过栅极结构的垂直截面图，

图9示出了根据本发明实施例的穿过栅极结构的水平截面图，

图10示出了根据本发明另一实施例的穿过栅极结构的水平截面图，

图11示出了根据本发明另一实施例的穿过栅极结构的水平截面图，