[發明專利]一種IGBT器件

有效

• 申請號: 201710667988.0
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107516669B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 任敏;林育賜;羅蕾;謝馳;李佳駒;李澤宏;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/10
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發明提供了一種IGBT器件，屬于功率器件技術領域。本發明包括自下而上依次層疊的金屬化集電極、第一導電類型半導體集電區、第二導電類型半導體漂移區和金屬發射極；第二導電類型半導體漂移區中具有柵極結構和位于柵極結構兩側的第一導電類型半導體基區，第一導電類型半導體基區中第一導電類型半導體接觸區、第二導電類型半導體發射區；并且第一導電類型半導體基區的摻雜濃度自靠近金屬發射極至遠離金屬發射極方向逐漸增大。本發明通過合理調整基區的摻雜濃度，使得其靠近發射區側的濃度較低形成基區少子減速場以抑制閂鎖的發生，藉此在不影響IGBT正常工作特性的情況下提高了IGBT器件的抗閂鎖能力。

技術領域

本發明屬于功率器件技術領域，具體涉及一種具有高抗閂鎖能力的IGBT器件。

背景技術

IGBT是功率半導體器件中具有代表性的一類器件，因其兼具高耐壓、低導通電阻、易驅動、開關速度快等優點，故在開關電源、變頻調速、逆變器等許多功率領域有重要的應用。然而，閂鎖問題是威脅IGBT可靠性的重要原因之一。

如圖1和圖2所示分別為傳統N溝道IGBT器件的結構示意圖及其等效電路。由圖1看出：IGBT結構中包含了由N⁺發射區、P型基區、N^-漂移區和P⁺集電極區構成的N-P-N-P四層三結晶閘管結構。結合圖2的等效電路來解釋IGBT發生閂鎖的機制：當IGBT正常工作時，寄生晶閘管不會開啟，這是由于正常工作電流下N⁺發射區和P型基區形成的短路發射極結構保證了上層NPN管的發射結不發生導通(In1IP1IP2)，IGBT電流受到柵極電壓的控制，具有飽和特性；若由于某種原因使IGBT中的電流密度過大，過高的空穴電流流過N⁺發射區下方的P型基區(IP2電流)，該電流在P型基區路徑電阻Rp-body上產生壓降，而此壓降足夠大則會使P型基區與N⁺發射區形成的PN結正偏，上層的NPN管進入放大區工作，并驅動下層的PNP管，PNP管開啟后又反過來驅動上層NPN管，如此形成正反饋，這樣再生反饋效應使得IGBT柵極失去對電流的控制能力，電流迅速增大，當電流增大到一定程度后，可能使IGBT器件過熱燒毀，故此閂鎖現象限制了IGBT的最大安全工作電流。

現有研究表明：IGBT發生閂鎖的臨界條件是：α_NPN+α_PNP≥1，其中α_NPN和α_PNP分別是上層NPN管和下層PNP管的開基極電流增益；由該條件可以看出，要抑制寄生晶閘管的閂鎖效應，就必須減小上層NPN管和下層PNP管的開基極電流增益，由于寬基區的下層PNP管在IGBT正常工作時需要傳導通態電流，減小其電流增益會增大IGBT的導通壓降，而上層NPN通常不參與IGBT導通態電流的傳導，因此最好是降低上層NPN管的電流增益。傳統的解決措施是在IGBT的發射極N⁺發射區6下方引入P⁺摻雜區7，以減小N⁺發射區6下方的P型基區8的路徑電阻，進而防止N⁺發射區6與P型基區8形成的PN結發生正偏。然而上述方法會增加IGBT的閾值電壓。

發明內容

為了解決現有技術寄生晶閘管的IGBT閂鎖效應對器件可靠性帶來問題，本發明提供一種具有高抗閂鎖能力的IGBT器件。本發明的技術方案具體如下：