[发明专利]具有SCR结构的沟槽栅IGBT器件

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种具有SCR结构的沟槽栅IGBT器件，本发明在分立浮空Pbody区内的对称沟槽介质层之间，通过P型区、第一N型区、第二N型区与分立浮空Pbody区形成SCR结构；器件正向导通时，SCR结构不导通，并存储空穴增强电导调制，并在金属电极串联二极管，进一步减小泄露电流；关断时提供空穴泄放通道，降低关断时间，达到在不影响其他电学特性的情况下，降低了开关时间和开关损耗；器件处于阻断状态下，SCR结构穿通，增加了器件耐压能力。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种具有SCR结构的沟槽栅IGBT器件。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)吸收了BJT(双极型晶体管)与MOSFET(绝缘栅型场效应管)的优点而诞生的复合型压控功率器件。IGBT拥有MOSFET的驱动功率低、输入阻抗高和BJT载流子密度大、导通压降低的优点，被广泛的应用于逆变器、变频器之中，这也是微电网、电动汽车、可再生能源系统、UPS(不间断电源)中的核心部件。

IGBT自1980年代诞生起，一直都朝着更低的功耗、更好的温度特性、更广的SOA(安全工作区)发展，经历了多代的技术更迭。Trench(槽栅)+FS(Field Stop，场终止层)结构是现在主流的一种IGBT结构。相比与Planar(平面栅)IGBT，Trench结构的引入一方面消除了Planar结构寄生的JFET区域，有效的减小了饱和压降；另一方面，Trench结构进一步的减小了单元胞尺寸，提高了沟道密度，增大了IGBT的电流能力。但是也导致了其抗短路能力明显下降。由于这个原因，新的结构不断的被提出解决其短路问题，其中一个是在两个槽栅之间引入FP(Floating-Pbody)结构，通过减小沟道密度来提升短路能力，并且将击穿的位置从槽栅底部移动到FP边缘，同时提高阻断能力。也是由于FP结构的引入，Trench-IGBT在开启和关断的过程中FP区域电位会发生变化，产生的位移电流导致有效栅压降低，减弱了IGBT的栅控能力。为改善这一情况，提出将FP结构改为分立浮空P区(Separate FloatingPbody)，使P区与槽栅分离，位移电流无法作用于栅电极，不仅有降低槽栅底部峰值电场的作用，并且增强了电导调制，改善了Eoff-Vcesat折中关系。但由于增强的电导调制会在器件导通状态存储更多载流子，导致其关断损耗增大并影响其阻断特性。若将分立浮空P区接地，可以有效降低关断损耗、改善阻断特性，但会导致正向饱和压降增大。

发明内容

鉴于上文所述，本发明针对现有的分立浮空P区的TIGBT器件存在的器件通态特性、开关损耗大等问题，提供了一种具有SCR(Silicon Controlled Rectifier，可控硅)结构的IGBT器件。通过在分立FP中形成沟槽，在沟槽中的SCR结构形成空穴载流子通道；由于阻断状态下，SCR中的PNP三极管穿通，拉低分立FP电位，有效的增加了阻断能力；在关断过程中FP内电位的变化使穿通三极管在关断过程中开启，进而SCR开启，提供了一条空穴泄放的通路降低了关断损耗；SCR在正常导通状态不会开启，保证了器件的导通特性与抗EMI能力。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：