[发明专利]一种具有MOS控制空穴通路的IGBT器件

说明书

本发明提供一种具有MOS控制空穴通路的IGBT器件，属于功率半导体器件技术领域，本发明在传统IGBT器件的P+浮空pbody区内引入由栅介质层、MOS控制栅电极和P‑型MOS沟道区形成的MOS控制栅结构，MOS区等效为受到栅压控制作用的开关；在器件正向导通时使得pbody区电位浮空，实现空穴存储，降低了器件的饱和导通压降；在器件关断和短路条件下，提供了空穴的泄放通路，降低密勒电容，实现了低关断损耗和更稳固的短路能力。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及一种具有MOS控制空穴通路的IGBT器件。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)凭借着栅极易驱动、输入阻抗高、电流密度大、饱和压降低等优点，广泛应用在轨道交通、智能电网、风力发电等重要领域，已成为中高功率范围内的主流功率开关器件之一，同时还将继续朝着高压大电流、低功率损耗、高工作温度和高可靠性等方向发展。

平面栅结构是高压IGBT常采用的成熟结构，用于高铁、电力输运等对可靠性要求很高的环境，但平面栅型IGBT因为寄生MOS电阻，相比于槽栅型结构，其饱和压降大，增加了通态损耗；而槽栅型IGBT(Trench IGBT，TIGBT)元胞间距小，电流密度大，已成为降低导通损耗的常用结构。但是TIGBT在槽栅底部存在电场聚集现象，限制了阻断电压的提高，同时其短路电流较大，抗短路能力较弱；可通过在槽栅底部引入P-floating屏蔽层可降低电场峰值，但会引入额外的MOS电阻会使器件损耗增加；在槽栅间的P基区中同时引入钳位二极管，能同时改善关断损耗和导通压降(Eoff-Vcesat)折衷关系和强化器件短路承受能力，但现有方案多集中于1200V电压等级。通过采用宽槽栅间距或FP(Floating-Pbody)区域能降低器件电流密度，明显提高TIGBT的短路承受能力，然而FP结构的槽栅型IGBT(FP-TIGBT)因为负栅电容效应，通过密勒电容Cgc在栅极产生位移电流，引发控制栅压的波动，降低IGBT的栅极控制能力，同时会带来EMI噪声问题。

在1700V及其以下电压等级，通过Fin p-Body、Shield trench和Side-gate等结构能够改善EMI问题，但其对制造工艺精度要求严格；对于大于2500V电压等级的IGBT，国外IGBT供应商已经推出了3300V-TIGBT产品，其基本结构是通过内置结深超过槽栅深度的分立浮空P区(Separate Floating Pbody)，起到降低槽栅底部电场峰值和增强电导调制的作用，改善Eoff-Vcesat折衷关系，但分立浮空FP区会影响器件耐压和导通压降；而将分立FP通过固定电阻与地相连，提供部分空穴通路，易造成导通损耗增大，使得设计时的折衷窗口减小。

发明内容

鉴于上文所述，本发明针对现有分立浮空P区的槽栅IGBT器件存在P区电位变化致使器件耐压降低、开关损耗较大等问题，提供一种具有MOS控制空穴通路的IGBT器件。通过在分立FP中内置MOS结构形成空穴载流子泄放通路的控制结构；等效为可变电阻，能够在保证提高器件耐压可靠性、降低密勒电容的同时，降低器件关断损耗和短路承受能力。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：