[实用新型]一种具有过电保护功能的轻穿通型IGBT芯片结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及功率半导体器件领域，具体地，涉及一种具有过电保护功能的轻穿通型IGBT芯片结构。

背景技术

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）是一种是由BJT(Bipolar Junction Transistor，双极型三极管)和MOS（Metal-Oxid-Semicon-ductor，绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，集合有MOSFE（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管）的高输入阻抗和GTR（Giant Transistor，电力晶体管）的低导通压降两者的优点，具有驱动功率小而饱和压降低的特点，普遍适用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

为了进一步挖掘IGBT结构的潜力，IGBT的经历了从穿通型结构到非穿通型结构，继而到轻穿通型结构的演变。如图1所示的一种具有轻穿通型结构的IGBT芯片元胞切面，虽然在P-掺杂层与N-衬底层之间设置的N型载流子存储层，可降低IGBT芯片的正向导通压降和关断损耗，但是同样由于N型载流子存储层与N-衬底层形成的NN-型空穴势垒，在正向导通时的电导调制作用下，会在NN-结处聚集大量的空穴，使得芯片的内部饱和电流也将大幅度增加，因此这种轻穿通型IGBT器件的短路安全工作区较小，在大电流冲击下容易损坏IGBT器件。

针对上述轻穿通型IBGT芯片结构的问题，需要提供一种新的轻穿通型IBGT芯片结构，在降低IGBT芯片的正向导通压降和关断损耗的基础上，还能够抑制内部饱和电流的增加，扩展其短路安全工作区，从而有效避免产生大电流冲击，使芯片具有一定的过电保护功能，工作寿命长。

实用新型内容

针对前述轻穿通型IBGT芯片结构的问题，本实用新型提供了一种具有过电保护功能的轻穿通型IGBT芯片结构，在降低IGBT芯片的正向导通压降和关断损耗的基础上，还能够抑制内部饱和电流的增加，扩展其短路安全工作区，从而有效避免产生大电流冲击，使芯片具有一定的过电保护功能，工作寿命长。

本实用新型采用的技术方案，提供了一种具有过电保护功能的轻穿通型IGBT芯片结构，包括若干个呈并联结构的元胞，其特征在于，所述元胞的下表面连接集电极，且向上依次设有集电极金属接触层、第一P+掺杂层、N型缓冲层和N-衬底层；所述元胞的上表面分别连接发射极和栅极，在发射极的下方向下依次设有发射极金属接触层、第二P+掺杂层、P-掺杂层和N型载流子存储层，在栅极的下方向下依次设有栅极金属接触层和由多晶硅栅和栅氧化层组成的沟槽栅结构；所述发射极金属接触层位于两栅极金属接触层之间且间隔设置，所述第二P+掺杂层、P-掺杂层和N型载流子存储层位于两沟槽栅结构之间，且在第二P+掺杂层与栅氧化层之间设有若干个并排的、呈间隔布置的且为长方体结构的N+掺杂块层，所述N型载流子存储层和栅氧化层分别与N-衬底层相连。在所述IGBT芯片的元胞结构中，一方面所述N型载流子存储层与N-衬底层配合，可在正向导通时使得N-衬底层中靠近发射极一侧的空穴浓度增高，降低芯片的正向导通压降和关断损耗；另一方面，相比较于现有的、呈长条状的N+掺杂层结构，在第二P+掺杂层与栅氧化层之间设置的所述呈间隔并排状的N+掺杂块层结构，可使形成的内部发射极集成电阻在均流效果基本不变的情况下，其平均电阻率更高，从而增大了内部发射极集成电阻的电阻值，有效抑制内部饱和电流的增加，进而扩展了IGBT芯片的短路安全工作区，可有效避免产生大电流冲击，使芯片具有一定的过电保护功能，工作寿命长。

具体的，在两相邻N+掺杂块层之间设有为长方体结构的绝缘块层，所述绝缘块层与N+掺杂块层的高度和宽度均相同。所述绝缘块层的设置，还可通过减小导流截面积的方式增大内部发射极集成电阻的电阻值，进一步提升抑制内部饱和电流的效果。

进一步具体的，所述发射极金属接触层局部连接位于其两侧下方的N+掺杂块层和绝缘块层。

进一步具体的，所述绝缘块层的长度不小于0.3倍N+掺杂块层的长度且不大于0.6倍N+掺杂块层的长度。

具体的，所述N+掺杂块层的长宽比为3:2。

具体的，所述沟槽栅结构的深度大于第二P+掺杂层、P-掺杂层和N型载流子存储层三者的厚度之和且不超过1微米。