具有过流限制功能的绝缘栅双极型晶体管及其构建方法技术

本发明专利技术公开了一种具有过流限制功能的绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT包括：主IGBT区域、分离区域及感测IGBT区域，所述分离区域位于所述主IGBT区域与所述感测IGBT区域之间，所述主IGBT间隔及感测IGBT区域均设置有多个栅极，所述分离区域设置用于对IGBT进行过流限制的过流限制区域；所述分离区域中未设置任何沟槽栅极；主IGBT区域的上方设置有发射极；主IGBT区域、分离区域及感测IGBT区域的下方设置有n‑型漂移区，所述n‑型漂移区的下方设置n+型缓冲区，所述n+型缓冲区的下方设置p+型集电极区，p+型集电极区的下方连接所述集电极。本发明专利技术具有提升耐受时间的能力。

Insulated gate bipolar transistor with over current limiting function and its construction method

【技术实现步骤摘要】
具有过流限制功能的绝缘栅双极型晶体管及其构建方法
本专利技术涉及半导体领域，并且特别涉及一种具有过流限制功能的绝缘栅双极型晶体管及其构建方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是家用电器，工业，可再生能源，UPS，铁路，电机驱动、电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)应用等电力电子应用中使用最广泛的功率器件。由于存在双极结型晶体管，具有非常高的电流处理能力。在其结构中，大约数百安培，阻断电压为6500V，从而IGBT可以控制数百千瓦的负载，可用于许多应用。IGBT特别适用于失效工作周期，低频，高电压和负载变化，可用于机车，电动汽车和混合动力汽车。太阳能和风能等可再生能源领域的增长导致需求增加。大功率IGBT用于风力涡轮机的电动机是变速型的，并且需要使用高功率IGBT来提高效率。随着发展中国家基础设施活动的增长，对高压机械的需求预计将增长，从而推动市场对高功率IGBT的需求。电动汽车和混合动力电动汽车中的IGBT应用包括它们在动力传动系和用于输送和控制电动机的充电器中的应用。预计EV/HEV销售将以强劲的35％左右的速度增长，并且由于二氧化碳监管的加强，电池制造能力预计将在预测期结束时增加两倍。根据市场需求，近30年来IGBT技术取得了长足发展，现在技术发展趋势仍在继续。在过去的十年中，全球领先的制造商之间竞争激烈，并且有更先进的IGBT技术发展，最新的IGBT技术已经在电动汽车和混合动力汽车的进步中完成。简而言之，EV和HEV应用的快速增长是IGBT技术发展的主要驱动力。为了显著提高对短路条件的承受能力。因为，最新的IGBT已经应用了更精细的沟槽栅极单元用于更低的Vce(sat)，并且该技术导致更高的跨导，因此在短路条件下导致更高的饱和电流。IGBT的短路耐受时间与其导通或增益以及IGBT管芯的热容量有关。较高的增益会导致IGBT的短路过电流水平较高，因此明显较低的增益IGBT将具有较低的短路电平。然而，更高的增益也会导致更低的导通损耗，因此必须在传统的IGBT中进行权衡关系。通常，当沟槽栅极IGBT应用更精细的沟槽栅极单元以实现更低的Vce(sat)时，应该发生过高的过电流并且IGBT将立即断开。一旦在SC下发生巨大的过电流或发生故障，IGBT将立即发生故障。因此必须关闭使用IGBT的逆变器系统。更精细的沟槽栅极IGBT应该具有合理的耐受时间。然而，由于高管芯温度和过电流水平与可变施加电压的相关性，电路在限制电路的精度方面不太好。因此，考虑到温度依赖性以及电流和电压对控制精度的依赖性，我们需要对过流限制功能进行更精确的控制。否则，将很难实现采用最新工艺技术的高性能IGBT。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提供一种具有过流限制功能的绝缘栅双极型晶体管IGBT、电路结构及多晶硅，以提升耐受时间。具体而言，本专利技术提供一种具有过流限制功能的绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT包括：主IGBT区域、分离区域及感测IGBT区域，所述分离区域位于所述主IGBT区域与所述感测IGBT区域之间，所述主IGBT间隔及感测IGBT区域均设置有多个栅极，所述分离区域设置用于对IGBT进行过流限制的过流限制区域；所述分离区域中未设置任何沟槽栅极；主IGBT区域的上方设置有发射极；主IGBT区域、分离区域及感测IGBT区域的下方设置有n-型漂移区，所述n-型漂移区的下方设置n+型缓冲区，所述n+型缓冲区的下方设置p+型集电极区，p+型集电极区的下方连接所述集电极。进一步地，所述分离区域的长度为分离区域中空穴载流子扩散长度的2倍。进一步地，各所述栅极之间设置基极区。进一步地，每一基极区的上表面的两侧设有n+型发射区，并且所述n+型发射区连接所述发射极。进一步地，各基极区两侧的所述n+型发射区之间设置有所述p+型基区。本专利技术提供一种构建具有过流限制功能的绝缘栅双极型晶体管的方法，其中所述绝缘栅双极型晶体管包括主IGBT区域、分离区域及感测IGBT区域，并且所述分离区域位于所述主IGBT区域与所述感测IGBT区域之间，所述方法包括：在所述主IGBT间隔及感测IGBT区域均设置多个栅极；在所述分离区域设置用于对IGBT进行过流限制的过流限制区域，并且所述分离区域中未设置任何沟槽栅极；在主IGBT区域的上方设置发射极，在主IGBT区域、分离区域及感测IGBT区域的下方设置n-型漂移区；以及在所述n-型漂移区的下方设置n+型缓冲区，所述n+型缓冲区的下方设置p+型集电极区，促使p+型集电极区的下方连接所述集电极。进一步地，所述分离区域的长度为分离区域中空穴载流子扩散长度的2倍。进一步地，各所述栅极之间设置基极区。进一步地，每一基极区的上表面的两侧设有n+型发射区，并且所述n+型发射区连接所述发射极。进一步地，各基极区两侧的所述n+型发射区之间设置有所述p+型基区。本专利技术的具有过流限制功能的IGBT，通过具有高速过流限制功能，突破Vce(sat)与耐受能力时间之间的权衡关系，并在极大的短路条件下实现合理的耐受时间的能力。附图说明并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的具有过流限制功能的IGBT的横截面视图；图2为本专利技术实施例提供的具有过流限制功能的电路结构的电路图；图3为本专利技术实施例提供的具有过流限制功能的多晶硅的横截面视图；以及图4为本专利技术实施例提供的构建具有过流限制功能的绝缘栅双极型晶体管的方法的流程图。具体实施方式现在参考附图介绍本专利技术的示例性实施方式，然而，本专利技术可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本专利技术，并且向所属
的技术人员充分传达本专利技术的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本专利技术的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属
的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。参见图1，作为本专利技术的一种具有过流限制功能的IGBT的优选实施例，所述的具有过流限制功能的IGBT包括：主IGBT区域、分离区域及感测IGBT区域，所述分离区域位于所述主IGBT区域与所述感测IGBT区域之间，所述主IGBT间隔及感测IGBT区域均设置有多个栅极，所述分离区域设置用于对IGBT进行过流限制的过流限制区域；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有过流限制功能的绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT包括：/n主IGBT区域、分离区域及感测IGBT区域，所述分离区域位于所述主IGBT区域与所述感测IGBT区域之间，所述主IGBT间隔及感测IGBT区域均设置有多个栅极，所述分离区域设置用于对IGBT进行过流限制的过流限制区域；所述分离区域中未设置任何沟槽栅极；/n主IGBT区域的上方设置有发射极；主IGBT区域、分离区域及感测IGBT区域的下方设置有n-型漂移区，所述n-型漂移区的下方设置n+型缓冲区，所述n+型缓冲区的下方设置p+型集电极区，p+型集电极区的下方连接所述集电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有过流限制功能的绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT包括：
主IGBT区域、分离区域及感测IGBT区域，所述分离区域位于所述主IGBT区域与所述感测IGBT区域之间，所述主IGBT间隔及感测IGBT区域均设置有多个栅极，所述分离区域设置用于对IGBT进行过流限制的过流限制区域；所述分离区域中未设置任何沟槽栅极；
主IGBT区域的上方设置有发射极；主IGBT区域、分离区域及感测IGBT区域的下方设置有n-型漂移区，所述n-型漂移区的下方设置n+型缓冲区，所述n+型缓冲区的下方设置p+型集电极区，p+型集电极区的下方连接所述集电极。


2.如权利要求1所述的具有过流限制功能的IGBT，所述分离区域的长度为分离区域中空穴载流子扩散长度的2倍。


3.如权利要求1或2所述的具有过流限制功能的IGBT，各所述栅极之间设置基极区。


4.如权利要求1或2所述的具有过流限制功能的IGBT，每一基极区的上表面的两侧设有n+型发射区，并且所述n+型发射区连接所述发射极。


5.如权利要求1或2所述的具有过流限制功能的IGBT，各基极区两侧的所述n+型发射区之间设置有所述p+型基...

【专利技术属性】
技术研发人员：樱井建弥，吴磊，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31