[实用新型]绝缘栅双极型晶体管

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种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）是由金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）和双极型晶体管（BJT：Bipolar Junction Transistor）复合而成的半导体器件，其兼具这两种器件的优点，既具有MOSFET的驱动功率小和开关速度快的优点，又具有BJT的通态压降低且电流能力大的优点。因此，近年来IGBT已经广泛应用于诸如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等需要进行电力转换的领域。

图1示出了现有的IGBT的一个实例。如图1所示，IGBT10被示出为具有沟槽栅场终止型结构，其包括顺次层叠的p型集电区11、n型场终止区12、n-型漂移区13、p型基区14以及n+型源区15，以及形成在n-型漂移区13、p型基区14以及n+型源区15中的栅极16和栅氧化层17。

进一步地，在图1所示的IGBT10中，栅极16包括具有均匀截面宽度的上部栅极161以及截面宽度大于上部栅极161的截面宽度的下部栅极162。这种结构可被称为局部窄台（PNM：Partially Narrow Mesa）结构。在Masakiyo Sumitomo等人发表于2012年第24届国际功率半导体器件与功率集成电路会议（ISPSD：International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC）的论文“Low Loss IGBT with Partially Narrow Mesa Structure(PNM-IGBT)”以及美国专利第US7800187B2号中记载了具有类似结构的IGBT。通过形成如图1中虚线框所示的局部窄台结构（两个相邻沟槽栅之间的基区被窄化），能够在确保不减小金属-半导体接触面积的情况下减小台面宽度（两个相邻沟槽栅之间的基区的宽度），从而IGBT10的饱和电压显著降低，并且通态电压和关断损耗之间也能获得良好权衡。

在IGBT的所谓的“局部窄台（PNM）”的主动区中，通过多晶硅填充的沟槽的底部之间的局部窄台这一几何结构，增强了靠近该器件顶部的载流子浓度。该多晶硅沟槽与IGBT的栅极端子接触，确保当相对于发射极的正电压施加到栅极时，在p型基区中形成n导通沟道。

PNM-IGBT的特征在于窄台，换言之，其特征在于多晶硅填充沟槽的高密度。考虑到该器件的电容，容易地认识到，由于窄台这一几何特征，栅极-集电极电容相比于发射极-集电极电容显著增加。因此，转移电容（其由栅极-集电极电容给出）与输入电容（其由栅极-集电极电容与栅极-发射极电容之和给出）的比率随着沟槽的底部之间的台的窄化而增加，并且转移电容与输出电容（其由栅极-集电极和发射极-集电极电容之和给出）的比率也增加。这增加了栅极电荷，并且增加了栅极驱动功率。此外，在栅极和发射极之间存在不可忽略的欧姆阻抗（即，栅极驱动电路的阻抗）时，较大的转移电容导致器件在桥接配置至更易于遭受寄生导通。向器件施加较大的dU/dt将使栅极电势和发射极电势分离，进而导致该器件的寄生导通，这增加了总损耗并且给器件增加了不必要的负担。

实用新型内容

鉴于上述问题，期望提供一种能够优化PNM-IGBT电容的IGBT器件。