[發明專利]一種絕緣柵雙極型晶體管

無效

• 申請號: 201210304090.4
• 申請日: 2012-08-24
• 公開（公告）號: CN102790077A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 李澤宏;趙起越;李巍;任敏;張金平;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/739
• 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）器件結構及其制備方法。

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。

傳統的IGBT器件結構如圖1所示，由N⁺源區7、P型基區5/P⁺體區6、N^-漂移區4/N⁺緩沖區3和P⁺集電區2形成器件內部寄生晶閘管的PNPN四層結構，其等效電路如圖2所示。這個寄生的PNPN四層晶閘管結構可以看做一個PNP晶體管和一個NPN晶體管的連接。當兩個晶體管的共基極放大系數之和大于1，即α_NPN+α_PNP≥1時，就會觸發IGBT內寄生晶閘管的開啟，發生閂鎖效應，使器件失去柵控能力，無法關斷，器件溫度不斷升高，形成正反饋，最終導致器件燒毀，限制了器件的工作溫度和正向安全工作區。

提高IGBT器件可靠性的常用方法是，采用自對準工藝形成P⁺體區6以減小P型基區5中橫向電阻和寄生NPN晶體管共基極放大系數，但是P⁺體區6的注入劑量和能量都不能很大。注入能量過大，多晶硅柵電極10和柵氧9的掩蔽作用可能失效；由于采用自對準工藝進行注入，注入劑量過大，可能導致P⁺體區6向溝道區擴展嚴重，將嚴重影響器件的閾值電壓和開啟能量。這也限制了這種方法對器件可靠性的進一步提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種抗閂鎖效應的絕緣柵雙機型晶體管，在不影響器件正向導通特性的前提下，使器件具有較高的可靠性。

本發明的核心思想是在傳統絕緣柵雙擊型晶體管的P⁺體區6中引入帶有受主能級的深能級雜質12，如圖3所示。這些深能級雜質12的雜質能級位于導帶底以下0.15eV，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⁺體區6的有效摻雜水平，提高了IGBT器件中寄生NPNP晶閘管結構中NPN管基區有效摻雜濃度，降低了NPN管發射極注入效率γ，進而降低NPN管共基極放大系數α_NPN，可避免因α_NPN+α_PNP≥1而使器件寄生的晶閘管開啟，器件因失去柵控能力無法關斷而最終燒毀。由于常溫下P⁺體區6有效摻雜濃度與傳統IGBT器件相差很小，對器件正向導通特性基本沒有影響，但增大了器件的正向安全工作區，使得器件的可靠性得到提高。

本發明技術方案如下：

一種絕緣柵雙極型晶體管，其結構如圖3、4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型基區5、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⁺體區6中引入了帶有受主能級的深能級雜質12。

所述帶有受主能級的深能級雜質12的雜質能級位于導帶底以下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。