[发明专利]提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT

说明书

本发明涉及一种IGBT器件，尤其是一种提升抗闩锁能力的低通态IGBT，属于IGBT器件的技术领域。在所述第一导电类型漂移区内还设有第一导电类型的载流子引导体，所述载流子引导体包括位于元胞沟槽正下方的第一导电类型第一载流子引导层以及位于第二导电类型基区下方的第一导电类型第二载流子引导层；第一导电类型第二载流子引导层在第二导电类型基区下方呈对称分布，第一导电类型第二载流子引导层的上部与第二导电类型基区以及相邻元胞沟槽的外壁接触，第一导电类型第二载流子引导层的下端与第一导电类型第一载流子引导层接触。本发明结构紧凑，能在不影响IGBT正常工作特性的情况下，提高IGBT的抗闩锁能力，实现低通态压降，安全可靠。

技术领域

本发明涉及一种IGBT器件，尤其是一种提升抗闩锁能力的低通态IGBT，属于IGBT器件的技术领域。

背景技术

IGBT是功率半导体器件中具有代表性的一类器件，具有驱动容易、控制简单、开关频率高、导通电压低、通态电流大、损耗小等优点，是自动控制和功率变换的关键核心部件，而闩锁问题是影响IGBT可靠性的重要原因之一。

如图1和图2所示，为基本的IGBT结构及其等效电路，由图1看出，以N型IGBT结构中包含了由N+发射区3、P型基区7、N型漂移区8和P+集电极区9构成的N-P-N-P的四层三结的晶闸管结构。由图2的等效电路来解释IGBT发生闩锁的机制：当IGBT正常工作时，寄生晶闸管不会开启，这是由于正常工作电流下N+发射区3和P型基区7形成的短路发射极结构保证了上层NPN管的发射结不发生导通(In1IP1IP2)，IGBT电流受到栅极电压的控制，具有饱和特性；当IGBT的电流密度过大时，过高的空穴电流流过N+发射区3下方的P型基区7(电流Ip2)，该电流在P型基区路径电阻Rp-body上产生压降，若压降足够大则会使P型基区7与N+发射区3形成的PN结正偏，上层的NPN管开启进入放大区工作，并驱动下层的PNP管，PNP管开启后又反过来对上层NPN管形成正反馈，再生反馈效应使得IGBT栅极失去对电流的控制能力，电流迅速增大，当电流增大到一定程度后，可能使IGBT器件过热烧毁，因此，闩锁现象限制了IGBT的最大安全工作电流。

IGBT发生闩锁的临界条件是：αNPN+αPNP≥1，其中，αNPN和αPNP分别是上层NPN管和下层PNP管的开基极电流增益，由该条件可以看出，要抑制寄生晶闸管的闩锁效应，就必须减小上层NPN管和下层PNP管的开基极电流增益，由于宽基区的下层PNP管在IGBT正常工作时需要传导通态电流，减小其电流增益会增大IGBT的导通压降，而上层NPN通常不参与IGBT导通态电流的传导，因此，最好是降低上层NPN管的电流增益。

目前，采用防止措施是在增加P型基区的掺杂浓度，以减小N+区3下方的P型基区7的路径电阻，以防止N+发射区3/P型基区7结发生正偏，但该方法有可能增加IGBT的阈值电压并降低反向耐压。

综上，现有的常规IGBT器件具有较高的通态压降以及低抗闩锁能力，尤其是在高压应用时，不利于IGBT在高压、高可靠性、低功耗上进一步发展。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT，其结构紧凑，能在不影响IGBT正常工作特性的情况下，提高IGBT的抗闩锁能力，实现低通态压降，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT，包括半导体基板以及位于所述半导体基板中心的元胞区，所述半导体基板包括第一导电类型漂移区以及位于所述第一导电类型漂移区内上部的第二导电类型基区；

所述元胞区包括若干元胞沟槽，所述元胞沟槽位于第二导电类型基区内，且元胞沟槽的深度伸入第二导电类型基区下方的第一导电类型漂移区内；在相邻元胞沟槽间的第二导电类型基区内设置第一导电类型源区，第一导电类型源区与相应的元胞沟槽的侧壁接触，元胞沟槽内设置沟槽栅结构；在第一导电类型漂移区上设置发射极结构；