[发明专利]一种自适应耗尽空穴路径的新型IGBT结构

说明书

本发明提供了一种自适应耗尽空穴路径的新型IGBT结构，该结构在常规IGBT结构的基础上，在P型浮空区上方引入低掺杂的P‑掺杂区。该P‑掺杂区会在器件刚开启时提供空穴路径并钳位P型浮空区的电位，从而降低位移电流，提高栅极可控性，降低EMI。随着栅极电压的不断增大，P‑掺杂区被两侧栅极逐渐耗尽，空穴路径关闭，P型浮空区的电位逐渐增大，载流子注入效应增强，保证导通压降不受影响。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种自适应耗尽空穴路径的新型IGBT结构。

背景技术

半导体功率器件是电力电子系统进行功率控制和转换的基本电子元件。大量实践证明，半导体功率器件的发展是电力电子系统技术更新换代的关键。如今，能源消耗日益增长，尤其是电力需求矛盾日益尖锐。大力发展新型电力电子器件的设计制造和模块的开发应用是一个重要课题。因此，兼具MOSFET栅极电压控制特性和BJT低导通电阻特性的IGBT正成为电力电子系统的关键功率半导体器件。IGBT与MOSFET一样具有电压控制、大输入阻抗、低驱动功率、低导通电阻、低开关损耗、高工作频率和宽SOA特性等优点。IGBT是低噪声、智能化、高性能中小容量电力电子设备的首选器件。为了进一步提高IGBT的导通特性具有P型浮空区结构的IGBT结构被提出。

众所周知，具有P型浮空区结构的IGBT由于具有高载流子注入增强(IE)效应，可以改善Von和Eoff之间的权衡关系，因此，P型浮空区结构已成为当前IGBT器件的常规结构之一。然而，它具有较差的导通dI_c/dt可控性，因为来自P型浮空区的位移电流无意中增加了栅极电压。如何在确保导通压降较低的前提下增加导通电流变化率的可控性是当前IGBT的研究重心之一。

发明内容

针对增加IGBT导通电流变化率的可控性、降低EMI噪声，同时导通压降维持较低的需求，本发明提供了一种自适应耗尽空穴路径的新型IGBT结构如图2所示。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种自适应耗尽空穴路径的新型IGBT结构，其元胞结构从下往上依次为：P+集电区(1)、N型缓冲层(2)和N型漂移区(3)，由P型基区(4)、P+型发射区(5)和N+型发射区(6)所组成的主流区，以及由P型浮空区(7)、P-掺杂区(8)所构成的自适应耗尽空穴路径区共同组成器件的正面结构。发射区间有SiO2氧化层(9)和多晶硅(10)构成的栅极。P型基区(4)和P型浮空区(7)与N型漂移区(3)邻接，且所述P型浮空区(8)与P型基区(5)深度相同。

本发明的技术方案相对常规IGBT器件，在P型浮空区(7)上方引入P-掺杂区(8)，并使P-掺杂区(8)与发射极相连。且P-掺杂区(8)深度不宜太浅，以确保空穴不会穿过完全耗尽的P-掺杂区(8)。新器件在开启初期P-掺杂区(8)与发射极相连直接抽取P型浮空区(7)内的空穴，同时钳位P型浮空区(7)电位至低电位，从而抑制位移电流，降低EMI噪声；在开启后期P-掺杂区(8)内部耗尽区逐渐拓宽至完全耗尽，由P型浮空区(7)、P-掺杂区(8)所构成的自适应耗尽空穴路径完全截断，IE效应增强，器件导通压降较低。另外，新器件在关断阶段自适应耗尽空穴路径导通并加速抽取基区空穴，从而加快器件关断，减小关断损耗。

进一步地，P型基区(4)和P型浮空区(7)与N型漂移区(3)邻接，且所述P型浮空区(7)的深度需比沟槽栅深度稍大。

进一步地，P型基区(4)和P型浮空区(7)下方添加载流子存储层(11)，载流子存储层(11)深度不超过沟槽栅深度，且所述P型浮空区(7)与P型基区(4)深度相同。

进一步地，增大P-掺杂区(8)的掺杂浓度，增加开启阶段P-掺杂区(8)完全耗尽的时间，从而获得更好的EMI特性。