[发明专利]一种具有终端深能级杂质层的IGBT

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，涉及绝缘栅双极性晶体管（IGBT）。

背景技术

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，又具有双极功率品体管的电流密度大、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。IGBT最大的优点是无论在导通状态还是在短路状态都可以承受电流冲击，其不足之处是高压IGBT内阻大，导致导通损耗大，在应用于高（中）压领域时，通常需多个串联，并且过压、过热、抗冲击、抗干扰等承受力较低。

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、大的漏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研究的热点，难点和重点。

发明内容

本发明提供一种具有终端深能级杂质层的IGBT，是在传统Planar FS-IGBT基础上，在终端漂移区内注入一层深能级杂质层，所述终端区深能级杂质层随着温度升高电离度增加，终端区杂质浓度增加，IGBT关断时，可减少PNP管α_PNP，有效减少高温漏电流，进而能防止高温、高压、大电流引起的雪崩击穿。而且深能级杂质本身就是复合中心，可有效改善IGBT关断特性，提高IGBT的可靠性。

本发明的技术方案如下：

一种具有终端深能级杂质层的IGBT，其元胞结构如图2所示，包括金属有源发射极1、多晶硅栅电极2、金属集电极3、栅氧化层4、N+有源区5、P型基区6、P型等位环7、多晶硅场板8、金属铝场板9、终端区氧化层10、终端多晶硅场板11、P型场限环12、N+电场截止环13、N-漂移区14、N+电场终止层15，P+集电区16；

器件从底层往上依次是金属集电极3、P+集电区16、N+电场终止层15、N-漂移区14，P型基区6位于N-漂移区14顶部，P型基区6内具有N+有源区5，元胞表面分别与N+有源区5和P型基区6接触的是金属有源发射极1，元胞表面分别与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与金属有源发射极1之间填充绝缘介质；

器件终端部分的N-漂移区14中靠近P型基区6的位置处具有P型等位环7，P型等位环7上方具有多晶硅场板8；器件终端部分的N-漂移区14中远离P型基区6的位置处具有N+电场截止环13，N+电场截止环13上方具有第二终端多晶硅场板11；P型等位环7与N+电场截止环13之间的N-漂移区14中具有系列P型场限环12；器件终端表面还分别具有与多晶硅场板8相连的第一金属铝场板9，与系列P型场限环12相连的终端多晶硅场板11和第二金属铝场板（9），与第二终端多晶硅场板11相连的第三金属铝场板9；

所述N-漂移区14的终端部分还注入了一层深能级杂质层17，所述深能级杂质层17在N-漂移区14终端区域内，背面是N+电场终止层15，正上方是P型等位环7、P型场限环12和N+电场截止环13。

需要进一步说明的是，所述的终端漂移区深能级杂质层（15）掺杂元素包括硫、硒、碲、金、铂等；而且终端漂移区深能级杂质层的位置、长度、宽度可调。制作器件时还可用碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅等半导体材料代替体硅。

本发明的工作原理如下：