[发明专利]一种具有新型缓冲层结构的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，特别涉及一种具有新型缓冲层结构的IGBT及其制造方法。

背景技术

在很多的功率器件中往往设置有一层缓冲层（buffer），由于其适当的厚度和掺杂类型与浓度，其具有终止电场，调节器件动静态特性等功能，对功率器件特性有着至关重要的作用。PT（pounch-through，贯通）型IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）就是一种具有这种缓冲层结构的功率器件。如图1为传统的PT型IGBT结构示意图，它包括一个较厚的P型重掺杂集电区109，一个较薄的掺杂浓度较高的N型缓冲层108覆盖在集电区109之上，在缓冲层108之上为一层浓度较低厚度较厚的N型漂移区107，在该漂移区107之上有栅极103和发射极101，在集电区109的背面形成有集电极110。由于集电区109掺杂浓度高，而且非常厚，当器件导通时，从集电区109通过缓冲层108注入到漂移区107的空穴流非常大（PN结的空穴注入效率很高），使漂移区107存储了大量的过剩载流子，这些过剩载流子的存在，使漂移区107的电导率显著上升，器件的导通压降显著降低。但是，当器件关断时，这些过剩的载流子需要消失，器件才能完全截止，大量的过剩载流子导致关断时间很长，损耗很高。所以，PT型IGBT往往需要做适当的过剩载流子寿命控制技术，一般通过电子辐照、重金属掺杂或者质子注入等方式控制。而寿命控制的引入，会使导通时存储在漂移区的过剩载流子减少，器件的导通压降有所增加，因此寿命控制使器件的导通损耗和关断损耗处于一个折中的水平，以保证在应用中总的损耗较小。

当IGBT承受截止电压时电场主要产生于漂移区107内，电场斜率与漂移区107掺杂浓度有关，掺杂浓度越低，电场斜率越小，如图2为传统PT型IGBT承受临近击穿的截止电压时器件内电场分布图，由图可知，在靠近P型阱区106附近处为电场最强处，靠近漂移区107背面附近电场逐渐减小，由于缓冲层108的掺杂浓度很高，电场斜率非常大，在缓冲层108和漂移区107界面附近，电场迅速减小到0，根据半导体的理论，该电场分布线与横坐标所包围的面积为PT-IGBT的击穿电压。为了优化PT型IGBT的性能，降低导通压降，减小关断损耗，最有效的办法就是减薄N型漂移区107。同时，为了保证满足要求的击穿电压，势必需要减小漂移区107的掺杂浓度，这样，当器件临近击穿时，漂移区107和缓冲层108界面附近的电场会比较强。当漂移区107的正面PN结处发生雪崩时，产生的大量电子会被电场拉到漂移区107和缓冲层108的界面附近，使该处的电场形成一个上升的斜率，很快达到雪崩电场，从而在整个漂移区107的两面都形成发生雪崩，形成正反馈，器件极易损坏。另外，由于漂移区107很薄，电场斜率低，器件即使能在较低的母线电压下工作，但是在从导通进入关断状态的过程中，耗尽层迅速触碰到缓冲层108与漂移区107的界面，使漂移区107内的过剩载流子迅速被电场扫出去，而缓冲层108内由于N型掺杂的浓度较高（太低则背面的空穴注入效率过高，器件无法正常工作），缓冲层108内存储的过剩载流子非常少，此时，流过IGBT的电流迅速消失，极易引起剧烈的振荡，往往在应用中引发多种问题。因此，由于失效和振荡的限制，传统PT型IGBT无法通过进一步的减薄N型漂移区108的厚度来降低导通压降，减小关断损耗。

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具有新型缓冲层结构的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，本发明提供了一种具有新型缓冲层结构的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第一缓冲层，所述第一缓冲层为重掺杂，其导电类型与所述集电区的导电类型相反；在所述第一缓冲层之上形成有第二缓冲层，所述第二缓冲层的掺杂浓度低于所述第一缓冲层的掺杂浓度，其导电类型与所述第一缓冲层的导电类型相同；在所述第二缓冲层之上形成有漂移区，所述漂移区的掺杂浓度低于所述第二缓冲层的的掺杂浓度，其导电类型与所述第二缓冲层的导电类型相同；在所述漂移区内形成有阱区，在所述阱区内形成有源区，所述阱区的导电类型与所述集电区的导电类型相同，所述源区为重掺杂，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隔离层、栅介质层、栅极和发射极；在所述集电区之下形成有集电极。