[发明专利]一种半导体器件

说明书

一种半导体器件，包括至少一个元胞，且任意一个元胞的结构包括：N型基底；在N型基底的一侧包含至少一个第一槽单元和至少一个第二槽单元；在N型基底的另一侧包含至少一个P型半导体区，P型半导体区称为阳极区；至少一个N型载流子势垒区；至少一个P型电场屏蔽区。本发明的目的在于提出一种半导体器件，该半导体器件具有新型的元胞结构，以获得：大的安全工作区；抗短路能力；消除寄生晶闸管的作用；低栅‑集电极电荷(QGC)以获得最大的抗dv/dt能力；增加发射极侧电导调制，以获得较大的电流密度和极低的导通压降；较小的关断损耗；较低的工艺复杂性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件。

背景技术

众所周知，绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)是由绝缘栅场效应管(MOS)和双极性晶体管(BJT)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有输入阻抗高、驱动功率小、驱动电路简单、开关速度快和导通压降低等多方面的优点，在家用电器、轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域都有极其广泛的应用，是电能变换与传输的核心器件。

作为电力电子技术的核心器件，IGBT不仅要工作在额定状态，而且也要承受电力系统中经常出现的极端条件，例如过电压、过电流以及高的电压电流变化率(dv/dt，di/dt)。因此，对于电路系统而言，IGBT的稳定性和可靠性就显得尤为重要。

IGBT失效的原因多种多样，其中的主因是超出安全工作区(Safe OperatingArea，简称SOA)。其失效机理大体上可归结为以下几个方面：1)寄生晶闸管闩锁(Latch-up)引起的失效；2)高电压大电流下器件自热引起的超过最大结温而导致的失效；3)由于栅-集电极电容(C_GC)的存在，在高dv/dt条件下栅极失控，或者栅电位过高使得氧化层击穿而导致的失效；4)由于回路寄生电感的存在，在高di/dt条件下器件实际承受的电压超过其最大电压耐量而导致的失效。

故有必要提供一种新的器件结构，降低乃至彻底避免上述因素对可靠性的影响。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题提出一种半导体器件，其具有新型的元胞结构，以获得：(1)大的安全工作区；(2)抗短路能力；(3)消除寄生晶闸管的作用；(4)低栅-集电极电荷(Q_GC)以获得最大的抗dv/dt能力；(5)增加发射极侧电导调制，以获得较大的电流密度和极低的导通压降；(6)较小的关断损耗；(7)较低的工艺复杂性。

为了达到此目的，本发明采用以下技术方案：

一种半导体器件，包括至少一个元胞，且任意一个元胞的结构包括：

N型基底；

在所述N型基底的一侧包含至少一个第一槽单元和至少一个第二槽单元；

在所述N型基底的另一侧包含至少一个P型半导体区，所述P型半导体区称为阳极区；

至少一个N型载流子势垒区，所述N型载流子势垒区的掺杂浓度高于所述N型基底的掺杂浓度；

至少一个P型电场屏蔽区；

所述N型载流子势垒区有与所述第一槽单元直接接触的面，所述N型载流子势垒区还设有与所述第二槽单元直接接触的面，所述P型电场屏蔽区设有与所述第二槽单元直接接触的面；

在所述第一槽单元内设有栅极区，所述栅极区与半导体材料之间有第一介质相隔离，在所述第二槽单元内设有阴极区，所述阴极区与半导体材料之间设有第二介质相隔离；

所述半导体器件至少包括一个第一电极和一个第二电极；

所述P型半导体区设有与所述第一电极直接接触的面；