[实用新型]具有提高闩锁能力的绝缘栅双极型晶体管

说明书

本实用新型公开了一种具有提高闩锁能力的绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT包括：主体区域、漂移区域及N型FS区；主体区域的上方设置有发射极以及栅极；所述N型FS区下方设置p型集电区，P型集电区的下方设置集电极；在栅极区上方设置有栅极焊盘，位于栅极焊盘下方的所述发射极区与栅极区的比例大于1：1。本实用新型可以显著降低发射区下方的p电阻，从而获得更大的闩锁耐受能力。

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，并且特别涉及一种具有提高闩锁能力的绝缘栅双极型晶体管。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是家用电器、工业、可再生能源、UPS、铁路、电机驱动和EV和HEV应用等电力电子应用中使用最广泛的功率器件，由于双极结型晶体管的存在，它具有非常高的电流处理能力在其结构中，大约为数百安培，阻断电压为6500V。这些IGBT可以控制数百千瓦的负载，适用于许多应用。IGBT特别适用于占空比、低频、高压和负载变化，使其能够用于机车列车、电动汽车和混合动力电动汽车。IGBT在电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)中的应用包括它们在动力传动系统和充电器中的应用，用于向电机输送和控制电力。预计EV/HEV的IGBT市场在预测期内将增长两倍，占整个市场的50％以上。

然而，IGBT有一个固有的缺点，例如随着阻断电压的增加，Vce(sat)会迅速增加，因此开发了IEGT概念来降低通态电压降。沟槽栅极功率器件降低了沟道电阻并消除了JFET效应，并能够降低通态电压降。此外，IEGT(注入增强型IGBT)概念通过使用沟槽栅单元之间的浮动p区增加了n漂移区上侧的存储载流子，因此对于相对较高电压的IGBT显着降低了Vce(sat)。

这些应用于混合动力汽车和电动汽车的功率器件被迫频繁面对恶劣的环境，从器件故障和保护的角度出发，分析故障机理并根据故障机理创新针对故障和破坏的主要措施非常有用。最重要的破坏现象之一是逆变器应用中短路条件下的破坏。一般来说，可以说破坏性最严重的条件是在大功率开关下。IGBT结构必须能够在覆盖这些轨迹的整个区域内运行而不会发生破坏性故障。在IGBT结构同时承受大电流和大电压的过程中，会发生一种称为雪崩诱发的二次击穿的现象，从而导致破坏性故障。在开启瞬态和关闭瞬态期间都可以触发这种现象。在开启瞬态期间，据说会限制正向偏置安全工作区(FBSOA)。在关断瞬态期间，据说限制了反向偏置安全工作区(RBSOA)。包括FBSOA和RBSOA在内的非常严重的应力发生在短路条件下，可以认为短路操作的破坏机制可以分为四种模式。

模式A是导通后几微秒内发生的破坏，是由于寄生双极晶体管在集电极电流很大时导通造成的。模式B是由过度的功耗引起的热破坏。模式C是在关闭期间观察到的破坏，在Ic达到零电流水平之前不久，dic/dt正在增加并且出现更高的峰值电压。如果Rg关断电阻减小到非常小的值且寄生电感很大，则会发生动态雪崩，这是由于电流丝状化而造成的破坏性事件，并且会发生SSCM(开关自钳位模式)，可以将峰值电压钳位到击穿电压。模式D是在关闭后大约几百微秒观察到的破坏，这种模式可以描述为由较大的泄漏电流引起的热失控。

与所有n沟道IGBT结构一样，当空穴电流在p基区产生的电压降等于p的内置电位时，沟槽栅IGBT结构中的寄生晶闸管会发生闩锁。因此，如何提高闩锁能力，成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提供一种具有提高闩锁能力的绝缘栅双极型晶体管IGBT。

具体而言，本实用新型提供一种具有提高闩锁能力的绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT包括：主体区域、漂移区域及N场终止型FS(Field Stop)区；主体区域的上方设置有发射极以及栅极；所述N型FS区下方设置p型集电区，P型集电区的下方设置集电极；在栅极区上方设置有栅极焊盘，在栅极区上方设置有栅极焊盘，位于栅极焊盘下方的所述发射极区与栅极区的比例大于1：1。

进一步地，位于栅极焊盘下方的所述发射极区与栅极区的比例大于2：1。