[發明專利]一種具有高溫自保護功能的IGBT器件

無效

• 申請號: 201210303840.6
• 申請日: 2012-08-24
• 公開（公告）號: CN102800697A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 李澤宏;趙起越;夏小軍;任敏;張金平;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/10
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于功率半導體器件技術領域，涉及絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的結構及其制備方法。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種新型的功率半導體器件。它既具有MOSFET的輸入阻抗高、驅動功率小、驅動電路簡單、開關速度高的優點，又具有雙極晶體管的電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強的優點。因此，IGBT具有高壓、大電流。高速的三大特點，這是其他功率器件所不能比擬的。IGBT作為功率開關管或功率輸出管廣泛應用于電磁爐、UPS不間斷電源、汽車電子點火器、三相電動機變頻器、電焊機開關電源等產品中，現已成為電力電子領域的主流產品之一。

在IGBT的應用中，通常采用多顆IGBT器件并聯工作，以提高整個電力電子設備的電流等級，進而提高整個電力電子設備的功率等級。在并聯應用中，希望IGBT器件的正向壓降具有負的溫度系數，即隨著溫度的升高，IGBT的正向壓降增大，避免溫度進一步增加，使器件因過熱而失效。在IGBT的發展過程中，首先出現的PT（穿通型）IGBT的正向壓降是正的溫度系數，不宜并聯使用。現階段廣泛應用的NPT（非穿通型）和FS（場終止型）IGBT的正向導通壓降已經具有負的溫度系數，但隨著IGBT技術的不斷發展，IGBT的功率級別越來越高，在應用中所產生的熱量也越來越大，所以需要對IGBT正向壓降的的負溫度系數進行優化，實現IGBT器件高溫下的自我保護。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有高溫自保護功能的IGBT器件，在不影響器件正向導通特性的前提下，優化器件正向導通壓降的負溫度系數，延長器件使用壽命。

本發明的核心思想是在傳統絕IGBT的P型基區5中靠近多晶硅柵電極10的溝道區A中引入帶有受主能級的深能級雜質12，這些深能級雜質12在常溫下電離率比較低，對器件的閾值電壓影響非常小。當器件工作在大電流下，器件溫度升高，上述深能級雜質12的電離率將得到大幅提高，相當于提高了P型基區5的有效摻雜水平，使器件的閾值電壓大幅提高，從而降低IGBT器件的飽和電流值，加之器件的正向導通壓降的負溫度系數，在雙重機理的作用下達到對IGBT器件的正向導通壓降的負溫度系數進一步優化的目的。避免器件因為自身產生的熱損耗導致的溫度過高而失效，從而使得器件具有高溫自我保護的功能。

本發明技術方案如下：

一種具有高溫自保護功能的IGBT器件，其基本結構如圖2、3所示，包括金屬化集電極1、P型集電區2、N⁺緩沖層3、N^-漂移區4、P⁺體區6、P、N⁺源區7、二氧化硅柵氧化層8、多晶硅柵電極9、二氧化硅場氧化層10、金屬化發射極11；金屬化集電極1位于P型集電區2的背面，N⁺緩沖層3位于P型集電區2的正面，且上方同N^-漂移區4相連；N⁺源區7和P⁺體區6二者并排位于金屬化發射極12下方、且與金屬化發射極12相連，其中P⁺體區6下方與N^-漂移區4直接相連，N⁺源區7同N^-漂移區4之間隔著P型基區5；N^-漂移區4、P型基區5和N⁺源區7三者與多晶硅柵電極9之間隔著二氧化硅柵氧化層8，多晶硅柵電極9與金屬化發射極11之間隔著二氧化硅場氧化層10；所述P型基區5中引入了帶有受主能級的深能級雜質12。

在上述方案中：所述深能級雜質12的雜質能級應位于導帶底以下0.15eV，以保證在常溫下深能級施主雜質的電離率非常低，對器件常溫下的閾值電壓影響很小；所述帶有受主能級的深能級雜質12可以帶有一個受主能級或多個受主能級，可以是銦（In）、鈦（Ti）、鈹（Be）、鋅（Zn）或鎳（Ni）；所述二氧化硅柵氧化層8和多晶硅柵電極9構成的柵極結構可以是平面柵結構（如圖2所示），也可以是溝槽柵結構（如圖3所示）。

本發明的工作原理：