[发明专利]一种IGBT器件

说明书

本发明提供了一种IGBT器件，属于功率器件技术领域。本发明包括自下而上依次层叠的金属化集电极、第一导电类型半导体集电区、第二导电类型半导体漂移区和金属发射极；第二导电类型半导体漂移区中具有栅极结构和位于栅极结构两侧的第一导电类型半导体基区，第一导电类型半导体基区中第一导电类型半导体接触区、第二导电类型半导体发射区；并且第一导电类型半导体基区的掺杂浓度自靠近金属发射极至远离金属发射极方向逐渐增大。本发明通过合理调整基区的掺杂浓度，使得其靠近发射区侧的浓度较低形成基区少子减速场以抑制闩锁的发生，藉此在不影响IGBT正常工作特性的情况下提高了IGBT器件的抗闩锁能力。

技术领域

本发明属于功率器件技术领域，具体涉及一种具有高抗闩锁能力的IGBT器件。

背景技术

IGBT是功率半导体器件中具有代表性的一类器件，因其兼具高耐压、低导通电阻、易驱动、开关速度快等优点，故在开关电源、变频调速、逆变器等许多功率领域有重要的应用。然而，闩锁问题是威胁IGBT可靠性的重要原因之一。

如图1和图2所示分别为传统N沟道IGBT器件的结构示意图及其等效电路。由图1看出：IGBT结构中包含了由N⁺发射区、P型基区、N^-漂移区和P⁺集电极区构成的N-P-N-P四层三结晶闸管结构。结合图2的等效电路来解释IGBT发生闩锁的机制：当IGBT正常工作时，寄生晶闸管不会开启，这是由于正常工作电流下N⁺发射区和P型基区形成的短路发射极结构保证了上层NPN管的发射结不发生导通(In1IP1IP2)，IGBT电流受到栅极电压的控制，具有饱和特性；若由于某种原因使IGBT中的电流密度过大，过高的空穴电流流过N⁺发射区下方的P型基区(IP2电流)，该电流在P型基区路径电阻Rp-body上产生压降，而此压降足够大则会使P型基区与N⁺发射区形成的PN结正偏，上层的NPN管进入放大区工作，并驱动下层的PNP管，PNP管开启后又反过来驱动上层NPN管，如此形成正反馈，这样再生反馈效应使得IGBT栅极失去对电流的控制能力，电流迅速增大，当电流增大到一定程度后，可能使IGBT器件过热烧毁，故此闩锁现象限制了IGBT的最大安全工作电流。

现有研究表明：IGBT发生闩锁的临界条件是：α_NPN+α_PNP≥1，其中α_NPN和α_PNP分别是上层NPN管和下层PNP管的开基极电流增益；由该条件可以看出，要抑制寄生晶闸管的闩锁效应，就必须减小上层NPN管和下层PNP管的开基极电流增益，由于宽基区的下层PNP管在IGBT正常工作时需要传导通态电流，减小其电流增益会增大IGBT的导通压降，而上层NPN通常不参与IGBT导通态电流的传导，因此最好是降低上层NPN管的电流增益。传统的解决措施是在IGBT的发射极N⁺发射区6下方引入P⁺掺杂区7，以减小N⁺发射区6下方的P型基区8的路径电阻，进而防止N⁺发射区6与P型基区8形成的PN结发生正偏。然而上述方法会增加IGBT的阈值电压。

发明内容

为了解决现有技术寄生晶闸管的IGBT闩锁效应对器件可靠性带来问题，本发明提供一种具有高抗闩锁能力的IGBT器件。本发明的技术方案具体如下：