[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有MOS控制空穴通路的IGBT器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910062000.7
• 申請(qǐng)日: 2019-01-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109768080B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李澤宏;彭鑫;趙一尚;任敏;張波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/06
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/06;H01L21/331;H01L29/739
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發(fā)明提供一種具有MOS控制空穴通路的IGBT器件，屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明在傳統(tǒng)IGBT器件的P+浮空pbody區(qū)內(nèi)引入由柵介質(zhì)層、MOS控制柵電極和P?型MOS溝道區(qū)形成的MOS控制柵結(jié)構(gòu)，MOS區(qū)等效為受到柵壓控制作用的開(kāi)關(guān)；在器件正向?qū)〞r(shí)使得pbody區(qū)電位浮空，實(shí)現(xiàn)空穴存儲(chǔ)，降低了器件的飽和導(dǎo)通壓降；在器件關(guān)斷和短路條件下，提供了空穴的泄放通路，降低密勒電容，實(shí)現(xiàn)了低關(guān)斷損耗和更穩(wěn)固的短路能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有MOS控制空穴通路的IGBT器件。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)憑借著柵極易驅(qū)動(dòng)、輸入阻抗高、電流密度大、飽和壓降低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在軌道交通、智能電網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電等重要領(lǐng)域，已成為中高功率范圍內(nèi)的主流功率開(kāi)關(guān)器件之一，同時(shí)還將繼續(xù)朝著高壓大電流、低功率損耗、高工作溫度和高可靠性等方向發(fā)展。

平面柵結(jié)構(gòu)是高壓IGBT常采用的成熟結(jié)構(gòu)，用于高鐵、電力輸運(yùn)等對(duì)可靠性要求很高的環(huán)境，但平面柵型IGBT因?yàn)榧纳鶰OS電阻，相比于槽柵型結(jié)構(gòu)，其飽和壓降大，增加了通態(tài)損耗；而槽柵型IGBT(Trench IGBT，TIGBT)元胞間距小，電流密度大，已成為降低導(dǎo)通損耗的常用結(jié)構(gòu)。但是TIGBT在槽柵底部存在電場(chǎng)聚集現(xiàn)象，限制了阻斷電壓的提高，同時(shí)其短路電流較大，抗短路能力較弱；可通過(guò)在槽柵底部引入P-floating屏蔽層可降低電場(chǎng)峰值，但會(huì)引入額外的MOS電阻會(huì)使器件損耗增加；在槽柵間的P基區(qū)中同時(shí)引入鉗位二極管，能同時(shí)改善關(guān)斷損耗和導(dǎo)通壓降(Eoff-Vcesat)折衷關(guān)系和強(qiáng)化器件短路承受能力，但現(xiàn)有方案多集中于1200V電壓等級(jí)。通過(guò)采用寬槽柵間距或FP(Floating-Pbody)區(qū)域能降低器件電流密度，明顯提高TIGBT的短路承受能力，然而FP結(jié)構(gòu)的槽柵型IGBT(FP-TIGBT)因?yàn)樨?fù)柵電容效應(yīng)，通過(guò)密勒電容Cgc在柵極產(chǎn)生位移電流，引發(fā)控制柵壓的波動(dòng)，降低IGBT的柵極控制能力，同時(shí)會(huì)帶來(lái)EMI噪聲問(wèn)題。

在1700V及其以下電壓等級(jí)，通過(guò)Fin p-Body、Shield trench和Side-gate等結(jié)構(gòu)能夠改善EMI問(wèn)題，但其對(duì)制造工藝精度要求嚴(yán)格；對(duì)于大于2500V電壓等級(jí)的IGBT，國(guó)外IGBT供應(yīng)商已經(jīng)推出了3300V-TIGBT產(chǎn)品，其基本結(jié)構(gòu)是通過(guò)內(nèi)置結(jié)深超過(guò)槽柵深度的分立浮空P區(qū)(Separate Floating Pbody)，起到降低槽柵底部電場(chǎng)峰值和增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制的作用，改善Eoff-Vcesat折衷關(guān)系，但分立浮空FP區(qū)會(huì)影響器件耐壓和導(dǎo)通壓降；而將分立FP通過(guò)固定電阻與地相連，提供部分空穴通路，易造成導(dǎo)通損耗增大，使得設(shè)計(jì)時(shí)的折衷窗口減小。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上文所述，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有分立浮空P區(qū)的槽柵IGBT器件存在P區(qū)電位變化致使器件耐壓降低、開(kāi)關(guān)損耗較大等問(wèn)題，提供一種具有MOS控制空穴通路的IGBT器件。通過(guò)在分立FP中內(nèi)置MOS結(jié)構(gòu)形成空穴載流子泄放通路的控制結(jié)構(gòu)；等效為可變電阻，能夠在保證提高器件耐壓可靠性、降低密勒電容的同時(shí)，降低器件關(guān)斷損耗和短路承受能力。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：