[發明專利]IGBT器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201510098038.1
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN104637996B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 韓健;顧悅吉;劉慧勇
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭集成電路有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 張振軍

技術領域

本發明涉及IGBT器件，尤其涉及一種具有空穴通路結構和發射極鎮流電阻的IGBT器件及其制造方法。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種常用的功率器件，其結構是在傳統縱向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管(VDMOS)器件底部加入P型區，形成了一種MOS器件和雙極器件的復合結構。IGBT具有電壓控制、電容輸入、輸入阻抗大、驅動電流小、控制電路簡單、工作溫度高、熱穩定性好等特點。現階段IGBT已經成為電力電子設備的主流器件，在開關電源、整流器、逆變器、UPS等領域有著廣泛的應用。

IGBT器件發展至今，經歷了穿通(PT)型、非穿通(NPT)型和場截止(FS)型等一系列的演變。IGBT器件的柵極也由早期的平面柵結構發展到槽柵結構。其中，PT型IGBT器件是在P型重摻雜襯底上生長外延，形成N型緩沖層和N型漂移區，隨后通過一系列光刻、注入、氧化和退火等工藝形成器件的正面結構。NPT型IGBT器件直接在N型襯底上制造正面結構，之后通過背注入的方法在襯底底部形成較薄的P型集電區。FS型IGBT器件的P型集電區也由背注入形成，與NPT型IGBT器件的區別在于，其P型集電區之上還存在N型場截止區。

隨著制造工藝的發展，IGBT芯片尺寸不斷縮小，單位面積的元胞數目增加，導致單位面積的電流密度增加，影響到器件的抗閂鎖能力和短路能力。

其中，閂鎖現象是IGBT使用過程一種常見的失效現象，器件內部存在由N型漂移區、P阱和N型發射區形成寄生NPN型晶體管，該寄生NPN型晶體管在應用環境下可能開啟導致器件進入閂鎖狀態。閂鎖狀態表現為，集電極電壓達到引起閂鎖的觸發電壓后，N型發射區底部的空穴電流密度達到一定程度，形成較高電勢，引起寄生NPN型晶體管內部作為基區的P阱和N型發射區形成的二極管導通，寄生晶體管開啟而發生閂鎖，使得IGBT柵極無法關斷電流，最終導致器件燒毀。

IGBT器件的短路能力為器件工作在高電壓情況時，柵極和源極兩端突然施加較大的開啟電壓，產生很大的集電極電流，如果不能有效散熱，會造成IGBT失效。在工作電壓確定的情況下，IGBT器件的短路能力與器件的飽和電流有關，飽和電流較小時，器件短路瞬間功率越小，產生的熱量越少，器件越能夠有效進行散熱，短路能力越強。

IGBT器件的元胞采用空穴通路結構將能夠有效提高IGBT器件的抗閂鎖能力。空穴通路結構起分流空穴電流的作用，此結構IGBT器件只有柵極的一側存在N型發射區，大部分空穴電流直接由P阱流入，經過高濃度的P型注入區，最后從發射極電極流出，不會引起器件內部寄生NPN型晶體管開啟。只有少部分空穴電流從N型發射區下方流過，減小了N型發射區下方空穴電流密度，寄生NPN型晶體管內部P阱和N型發射區形成的二極管不容易開啟，從而增加寄生NPN型晶體管開啟難度，從而提高了器件抗閂鎖能力。該結構允許IGBT器件的集電極流過更多空穴電流。但是，由于二極管開啟電壓具有負溫系數，隨著器件溫度的升高，抗閂鎖能力將逐漸減弱。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種IGBT器件及其制造方法，能夠同時改善空穴電流和電子電流，提高常溫與高溫環境下IGBT器件的抗閂鎖能力和短路能力。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種IGBT器件，所述IGBT器件具有空穴通路結構，所述IGBT器件的發射區與所述IGBT器件的發射極金屬電極之間串聯有發射區鎮流電阻。

根據本發明的一個實施例，所述發射區鎮流電阻具有正溫度系數。

根據本發明的一個實施例，所述發射區鎮流電阻包括N型電阻區，該N型電阻區的一端與所述發射區連通，另一端與所述發射極金屬電極電接觸。

根據本發明的一個實施例，所述發射區和N型電阻區在同一離子注入工藝中形成。

根據本發明的一個實施例，所述IGBT器件的版圖平面具有相互垂直的X方向和Y方向，所述IGBT器件包括：

多個柵極，在版圖平面內沿Y方向延伸；

所述發射區，在版圖平面內沿Y方向延伸，且位于相鄰柵極之間；

N型電阻區，在版圖平面內沿Y方向延伸，且位于相鄰柵極之間；

其中，在X方向上，所述發射區位于相鄰柵極之間靠近其中一個柵極的一側，相鄰柵極之間靠近另一個柵極的一側留作空穴通路的一部分；在Y方向上，所述N型電阻區的一端與所述發射區連通，另一端與所述發射極金屬電極電接觸。

根據本發明的一個實施例，所述IGBT器件為PT型平面柵IGBT器件，所述IGBT器件包括：

P型集電區；