[发明专利]具有PNP穿通三极管的沟槽栅IGBT器件

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种具有PNP穿通三极管的沟槽栅IGBT器件，本发明在分立浮空pbody区内对称的沟槽介质层之间，通过P型第二集电区、N型第二基区与分立浮空pbody区形成PNP穿通型三极管；器件正向导通时，PNP三极管不发生穿通，并储存空穴增强电导调制，由N+多晶硅、P+多晶硅形成的二极管进一步减小泄露电流；关断时PNP三极管穿通，提供空穴泄放通道，降低关断时间，提高P‑base区域抗闩锁能力；同时沟槽介质层避免了PNP三极管发生闩锁，达到在不影响其他电学特性的情况下，降低了开关时间和开关损耗；器件处于阻断状态下，PNP三极管穿通，增加了器件耐压能力。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种具有PNP穿通三极管的沟槽栅IGBT器件。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)结合了MOSFET易于驱动控制、输入阻抗高与GTR电流密度大、饱和压降低的优点，被广泛应用于轨道交通、新能源汽车、高压直流输电等领域。从IGBT诞生以来，其性能得到不断的提高，并且还将向着更高电压、更大电流、更高工作温度、更低损耗等方向发展。

高压IGBT的栅结构可以分为平面栅型结构和槽栅型结构。平面栅型IGBT由于其存在JFET区，相对于槽栅型IGBT(Trench IGBT)结构，饱和压降更高，导通损耗更大。相对于平面栅型结构，TIGBT具更小的元胞间距，因此具有跟高的沟道密度，电流密度大，更广泛的应用于高压大电流的场景。但是由于TIGBT沟道密度的增大，导致其短路电流增大，抗短路能力下降，并且由于槽的引入，在槽栅底部引入了高电场，限制了TIGBT阻断能力的提升。为解决这个矛盾，可以在两个槽栅之间引入FP(Floating-Pbody)结构，通过减小沟道密度来提升短路能力，并且改变体内击穿位置，提高阻断能力。但是由于FP结构的引入，TIGBT在导通过程中FP区域电位会发生变化，在密勒电容的作用下，在栅极产生位移电流，使有效栅压降低，使TIGBT抗EMI能力下降。为改善TIGBT栅控能力，将FP结构改为分立浮空P区(SeparateFloating Pbody)，使P区与槽栅分开，使位移电流不会作用于栅电极，但是分立FP区对器件的通态特性和阻断能力有影响，若将分立FP区与器件阴极相连接，会导致饱和压降增大。

发明内容

鉴于上文所述，本发明针对现有的分立浮空P区的TIGBT器件存在的由于P区电位变化影响器件通态特性、开关损耗大等问题，提供了一种具有PNP穿通三极管的沟槽栅IGBT器件。通过在分立FP中形成沟槽，在沟槽中利用穿通三极管结构形成空穴载流子通道；由于阻断状态下，PNP三极管穿通，拉低分立FP电位，有效的增加了阻断能力；在开关过程中FP内电位的变化使穿通三极管在关断过程中开启，增加了空穴泄放路径，降低了关断损耗，并且减小P-base区域空穴电流密度，提高P-base区域抗闩锁闩锁能力；穿通三极管在正常导通状态不会开启，并在穿通三极管形成的空穴载流子通路上增加多晶二极管结构，进一步减小其漏电，保证了器件的导通特性与抗EMI能力。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：