[发明专利]一种具有深能级杂质注入的绝缘栅双极性晶体管

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率技术领域，涉及绝缘栅双极型晶体管（Insulate Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为电力电子器件的代表是整机提高性能指标和节能指标的首选产品。IGBT既有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极型功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。所以IGBT功率器件的三大特点就是高压、大电流、高速，这是其它功率器件不能比拟的。所以它是电力电子领域非常理想的开关器件，IGBT产品集合了高频、高压、大电流三大技术优势，同时IGBT能够实现节能减排，具有很好的环境保护效益，IGBT广泛应用于电力领域、消费电子、汽车电子、新能源等传统和新兴领域，市场前景非常广阔。

当IGBT正向导通时，正的栅极电压使得沟道开启，发射极电子经过沟道流向漂移区，由于集电极正向偏置，集电区空穴大量涌入漂移区，和漂移区的大量电子发生电导调制效应，从而能使得IGBT相比于VDMOS的导通压降小很多；当IGBT关断时，栅极电压为负电压或者是零电压，发射极电子突然消失，集电极为高电压，大量空穴继续涌向漂移区，形成大的空穴电流，此时IGBT处于反向阻断状态，由于寄生PNP管α_PNP随着温度升高而急剧上升，使得IGBT的漏电流随着温度的升高而大幅升高，高温、高电压、高电流很容易引起器件的雪崩击穿乃至烧毁。而涌向漂移区的大量空穴除了和电子一部分分别被阳极和阴极快速抽取，另一部分在没有耗尽的底部漂移区内复合从而产生拖尾电流，相比于VDMOS，IGBT关断时间大得多；虽然IGBT有诸多性能优势，但是减少高温漏电流，改善IGBT的关断特性，提高IGBT的可靠性一直是IGBT研究的重点。本发明以此为契机，目的在于减少高温漏电流，进一步降低IGBT器件的整体功耗，改善IGBT的关断特性，提高IGBT的可靠性。

发明内容

本发明提供一种具有深能级杂质注入的绝缘栅双极性晶体管（IGBT），该IGBT是在传统平面栅电场终止型绝缘栅双极型晶体管（PlanarFS-IGBT）基础上，在其漂移区中注入深能级杂质，形成深能级杂质注入的漂移区，所述深能级杂质注入的漂移区随着IGBT工作温度的升高，杂质电离度升高导致杂质浓度增加，从而有效减少寄生PNP管α_PNP的大小，减少高温漏电流，整体上减少IGBT的功率损耗；此外，深能级杂质是复合中心，可加速漂移区内电子空穴对的复合，有效改善关断特性，提高IGBT的可靠性。

本发明的技术方案如下：

一种具有深能级杂质注入的绝缘栅双极性晶体管，其元胞结构如图2所示，包括有源发射极1，多晶硅栅电极2，金属集电极3，二氧化硅栅氧化层4，N+有源区5，P型基区6，P+体区7，N-漂移区8，N+电场终止层9，P+集电区10；器件从底层往上依次是金属化集电极3、P+集电区10、N+电场终止层9、N-漂移区8，P型基区6位于N-漂移区8顶部两侧，P型基区6内具有N+有源区5，P+体区7位于P型基区6下方的N-漂移区8两侧、且与P型基区6和N-漂移区8分别接触；元胞表面两侧分别与N+有源区5和P型基区6接触的是有源发射极1，元胞表面中间分别与N+有源区5、P型基区6和N-漂移区8接触的是二氧化硅栅氧化层4，二氧化硅栅氧化层4表面是多晶硅栅电极2，多晶硅栅电极2与有源发射极1之间填充绝缘介质。所述N-漂移区8内部掺杂了深能级N型杂质。其深能级N型杂质掺杂元素包括硫、硒、金、碲或铂。

本发明的工作原理如下：

本发明所提出的具有深能级杂质注入的绝缘栅双极性晶体管，主要是利用深能级杂质随着温度升高，电离度升高这一特性来改善IGBT的性能，可有效减小高温漏电流，进一步减少IGBT的整体功耗，改善IGBT的关断特性，提高IGBT可靠性，现以示意图2，掺深能级杂质硫元素为例，说明其工作原理。