[发明专利]一种实现局域寿命控制的IGBT及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于基本电气元件领域，涉及半导体器件的制备，特别涉及一种实现局域寿命控制的IGBT结构及其制造方法。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是一种由BJT(双极型三极管)和MOSFET(绝缘栅型场效应管)组成的复合型电压控制的功率半导体器件，这种器件同时具有功率BJT和功率MOSFET的主要优点：输入阻抗高，输入驱动功率小，导通电阻小，电流容量大，开关速度快等。在这个高压高频电力电子器件时代，IGBT无疑成为电力电子应用领域的主流器件。IGBT发展到现在大致经历了三代技术：PT-IGBT(穿通型IGBT)，NPT-IGBT(非穿通型IGBT)和FS-IGBT(电场终止型IGBT)。穿通与非穿通是指在击穿电压下，耗尽层是否穿通n-漂移区(耐压层)。尽管NPT-IGBT和FS-IGBT技术越来越受到行内青睐，然而对于低压类IGBT(如600V IGBT)，考虑到NPT-IGBT和FS-IGBT要求能够处理薄片技术，工艺要求高的特点，普遍采用PT-IGBT结构，从而降低加工难度，减少制造成本。

如图1所示的PT-IGBT，P+型单晶硅为集电区109，n-耐压层107和n+缓冲层108通过外延获得。集电区109作为集电区(背发射区)，具有厚度大、掺杂浓度高等特点。器件导通时，PNP晶体管的空穴发射率很高，n-耐压层107积累了大量的电子空穴对，电导调制效应显著。器件关断时，电子很难从背面发射结流出，主要靠基区复合消失，因此开关时间长，开关损耗大。为提高关断速度，PT-IGBT采用电子辐照或者重金属掺杂的方法在n-耐压层107产生大量复合中心，大幅降低其中的载流子寿命，加快IGBT关断时n-耐压层107中电子、空穴的复合。

这种方法虽然能够提高PT-IGBT的关断速度，但是电子辐照与重金属掺杂寿命控制的方法属于全局寿命控制，难以做到局域寿命控制，如在图1所示的PT-IGBT中，正面PN结J1和J2附近是不需要做寿命控制的，但是电子辐照和重金属掺杂都不可避免会影响这里的载流子寿命。这种全局寿命控制有一个显著的缺陷就是，整个器件体区的载流子寿命都会随着温度的升高而显著增加，当温度升高时，整个n-耐压层107存储的载流子浓度显著增加，通态压降明显降低，呈现显著的负温度系数，不利于并联使用，而且关断损耗也明显增大，影响了器件的长期可靠使用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种实现局域寿命控制的IGBT及其制造方法。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种实现局域寿命控制的IGBT，其包括：集电区，所述集电区为重掺杂；在所述集电区之上形成有缓冲层，所述缓冲层为重掺杂，其导电类型与所述集电区的导电类型相反；在所述缓冲层之上形成有漂移区，所述漂移区为轻掺杂，其导电类型与所述集电区的导电类型相反；在所述集电区与所述漂移区之间形成有至少一层低寿命高复合层，所述低寿命高复合层内具有复合中心；在所述漂移区内形成有阱区，在所述阱区内形成有发射区，所述阱区的导电类型与所述集电区的导电类型相同，所述发射区为重掺杂，其导电类型与所述集电区的导电类型相反；在所述漂移区之上依次形成有栅介质层、栅极和发射极；在所述集电区之下形成有集电极。

本发明在集电区与漂移区之间形成有至少一层低寿命高复合层，该低寿命高复合层可以复合器件通态时产生的大量过剩载流子，提高复合电流，减小集电区空穴注入，从而降低关断拖尾时间，达到降低开关时间、开关损耗的目的，并提高器件抗闩锁能力。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种实现局域寿命控制的IGBT的制造方法，其包括如下步骤：

S11：提供第一基片和第二基片，所述第一基片为轻掺杂，所述第二基片为重掺杂，所述第一基片的导电类型与所述第二基片的导电类型相反，所述第一基片用于形成漂移区，所述第二基片用于形成集电区；

S12：在所述第一基片背面形成缓冲层，所述缓冲层为重掺杂，其导电类型与所述第一基片的导电类型相同；

S13；将所述第一基片的缓冲层与所述第二基片键合，在所述缓冲层与所述第二基片之间形成低寿命高复合层，所述低寿命高复合层内具有复合中心；

S14：在所述第一基片的正面形成阱区，在所述阱区内形成发射区，所述阱区的导电类型与所述第一基片的导电类型相反，所述发射区为重掺杂，其导电类型与所述第一基片的导电类型相同；