[發明專利]具有PNP穿通三極管的溝槽柵IGBT器件

有效

• 申請號: 201910573313.9
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110277443B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 李澤宏;孫肇峰;趙一尚;楊洋;莫佳寧;何云嬌;彭鑫
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L27/02
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發明屬于功率半導體技術領域，具體涉及一種具有PNP穿通三極管的溝槽柵IGBT器件，本發明在分立浮空pbody區內對稱的溝槽介質層之間，通過P型第二集電區、N型第二基區與分立浮空pbody區形成PNP穿通型三極管；器件正向導通時，PNP三極管不發生穿通，并儲存空穴增強電導調制，由N+多晶硅、P+多晶硅形成的二極管進一步減小泄露電流；關斷時PNP三極管穿通，提供空穴泄放通道，降低關斷時間，提高P?base區域抗閂鎖能力；同時溝槽介質層避免了PNP三極管發生閂鎖，達到在不影響其他電學特性的情況下，降低了開關時間和開關損耗；器件處于阻斷狀態下，PNP三極管穿通，增加了器件耐壓能力。

技術領域

本發明屬于功率半導體技術領域，具體涉及一種具有PNP穿通三極管的溝槽柵IGBT器件。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)結合了MOSFET易于驅動控制、輸入阻抗高與GTR電流密度大、飽和壓降低的優點，被廣泛應用于軌道交通、新能源汽車、高壓直流輸電等領域。從IGBT誕生以來，其性能得到不斷的提高，并且還將向著更高電壓、更大電流、更高工作溫度、更低損耗等方向發展。

高壓IGBT的柵結構可以分為平面柵型結構和槽柵型結構。平面柵型IGBT由于其存在JFET區，相對于槽柵型IGBT(Trench IGBT)結構，飽和壓降更高，導通損耗更大。相對于平面柵型結構，TIGBT具更小的元胞間距，因此具有跟高的溝道密度，電流密度大，更廣泛的應用于高壓大電流的場景。但是由于TIGBT溝道密度的增大，導致其短路電流增大，抗短路能力下降，并且由于槽的引入，在槽柵底部引入了高電場，限制了TIGBT阻斷能力的提升。為解決這個矛盾，可以在兩個槽柵之間引入FP(Floating-Pbody)結構，通過減小溝道密度來提升短路能力，并且改變體內擊穿位置，提高阻斷能力。但是由于FP結構的引入，TIGBT在導通過程中FP區域電位會發生變化，在密勒電容的作用下，在柵極產生位移電流，使有效柵壓降低，使TIGBT抗EMI能力下降。為改善TIGBT柵控能力，將FP結構改為分立浮空P區(SeparateFloating Pbody)，使P區與槽柵分開，使位移電流不會作用于柵電極，但是分立FP區對器件的通態特性和阻斷能力有影響，若將分立FP區與器件陰極相連接，會導致飽和壓降增大。

發明內容

鑒于上文所述，本發明針對現有的分立浮空P區的TIGBT器件存在的由于P區電位變化影響器件通態特性、開關損耗大等問題，提供了一種具有PNP穿通三極管的溝槽柵IGBT器件。通過在分立FP中形成溝槽，在溝槽中利用穿通三極管結構形成空穴載流子通道；由于阻斷狀態下，PNP三極管穿通，拉低分立FP電位，有效的增加了阻斷能力；在開關過程中FP內電位的變化使穿通三極管在關斷過程中開啟，增加了空穴泄放路徑，降低了關斷損耗，并且減小P-base區域空穴電流密度，提高P-base區域抗閂鎖閂鎖能力；穿通三極管在正常導通狀態不會開啟，并在穿通三極管形成的空穴載流子通路上增加多晶二極管結構，進一步減小其漏電，保證了器件的導通特性與抗EMI能力。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：