[发明专利]具有软关断特性的FS型IGBT器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种FS型IGBT器件，尤其是一种具有软关断特性的FS型IGBT器件，属于IGBT器件的技术领域。

背景技术

FS型IGBT结构的正面为MOS结构区域(含发射极和栅极)，对N导电类型的FS型IGBT器件，背面靠近P型重掺杂的集电极区有一层N+场截止区域，N+场截止区的引入可以在保证相同耐压的情况下，减薄厚度，从而得到较优的静动态折衷特性。N型衬底和N+场截止区设计决定了FS型IGBT的开关特性，比如电场开始渗入到N+场截止区的初始阻断电压。低压时，电场在N型衬底已经较小到零，半导体中存在足够的载流子来形成一定的拖尾电流。随着电压的逐步升高，电场开始扩展到N型衬底，最后达到-N+场截止区。因而，关断时形成拖尾电流的载流子数-量越来越少，而随着拖尾电流的降低，关断损耗通常比较小。在击穿电压之前，IGBT几乎没有拖尾电流，表现出硬关断特性。

对于FS型IGBT，应用于高直流母线电压时，可能会导致空间电荷区扩展至N+场截止区，这样导致实质上没有载流子形成拖尾电流，从而使得集电极电流快速衰减。如果衰减发生得太快，集电极电流就会发生硬关断，这样可能会引起强烈的震荡，从而在实际应用中造成EMI问题。在小功率的应用场合，因为降低或没有拖尾电流意味着更小的关断损耗，相比于系统(相对低的)震荡，低损耗会更重要一些。但是对大功率应用则完全不同，震荡不仅会导致显著的EMI问题，还会增加不可忽略的关断损耗。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有软关断特性的FS型IGBT器件，其结构紧凑，使得FS型IGBT器件具有软关断特性，在高压大功率工作时可有效降低EMI震荡，提高使用的稳定性以及可靠性。

按照本发明提供的技术方案，所述具有软关断特性的FS型IGBT器件，包括第一导电类型衬底以及位于第一导电类型衬底背面的第一导电类型场截止层，在第一导电类型衬底的正面设置IGBT正面元胞；在第一导电类型场截止层上设置第二导电类型集电区；在第一导电类型衬底内设置用于在关断时能增加载流子数量的高电离率区域，高电离率区域的导电类型呈第一导电类型，所述高电离率区域位于第一导电类型衬底内的下部且高电离率区域靠近第二导电类型集电区。

所述高电离率区域包括设置于第一导电类型衬底的若干高掺杂区块，相邻高掺杂区块通过第一导电类型衬底间隔；高电离率区域内的高掺杂区块在第一导电类型衬底内呈阵列分布；所述高掺杂区块呈矩形，高掺杂区块的边沿与第一导电类型场截止层的边沿平行。

所述高掺杂区块的电离率为第一导电类型衬底电离率的2～10倍。

在高电离率区域内，任意相邻两列的高掺杂区块之间的间距相同，行与行之间的间距设置为从第二导电类型集电区指向IGBT正面元胞的方向逐渐降低。

所述高掺杂区块的横向长度为IGBT正面元胞尺寸的1～2倍，高掺杂区块的纵向深度为2μm～4μm。

所述IGBT正面元胞包括平面栅或沟槽栅的MOS结构。

所述“第一导电类型”和“第二导电类型”两者中，对于N型IGBT器件，第一导电类型指N型，第二导电类型为P型；对于P型IGBT器件，第一导电类型与第二导电类型所指的类型与N型半导体器件正好相反。

本发明的优点：FS型IGBT在高压关断电流降低的过程中，电场扩展至第一导电类型衬底并最后达到第一导电类型场截止层，第一导电类型衬底内剩余的少数载流子经过高电离率区域后数量增大，抑制了关断电流的减小，从而降低了电流变化率，使得FS型IGBT具有软恢复特性，降低EMI震荡。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图标记说明：1-N型衬底、2-N+场截止层、3-P+集电区、4-IGBT正面元胞以及5-高掺杂区块。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了使得FS型IGBT器件具有软关断特性，在高压大功率工作时可有效降低EMI震荡，提高使用的稳定性以及可靠性，以N型的FS IGBT器件为例，本发明包括N型衬底1以及位于N型衬底1背面的N+场截止层2，在N型衬底1的正面设置IGBT正面元胞4；在N+场截止层2上设置P+集电区3；在N型衬底1内设置用于在关断时能增加载流子数量的高电离率区域，高电离率区域的导电类型呈N型，所述高电离率区域位于N型衬底1内的下部且高电离率区域靠近P+集电区3。