[发明专利]一种具有高温自保护功能的IGBT器件

说明书

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的结构及其制备方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是一种新型的功率半导体器件。它既具有MOSFET的输入阻抗高、驱动功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。因此，IGBT具有高压、大电流。高速的三大特点，这是其他功率器件所不能比拟的。IGBT作为功率开关管或功率输出管广泛应用于电磁炉、UPS不间断电源、汽车电子点火器、三相电动机变频器、电焊机开关电源等产品中，现已成为电力电子领域的主流产品之一。

在IGBT的应用中，通常采用多颗IGBT器件并联工作，以提高整个电力电子设备的电流等级，进而提高整个电力电子设备的功率等级。在并联应用中，希望IGBT器件的正向压降具有负的温度系数，即随着温度的升高，IGBT的正向压降增大，避免温度进一步增加，使器件因过热而失效。在IGBT的发展过程中，首先出现的PT（穿通型）IGBT的正向压降是正的温度系数，不宜并联使用。现阶段广泛应用的NPT（非穿通型）和FS（场终止型）IGBT的正向导通压降已经具有负的温度系数，但随着IGBT技术的不断发展，IGBT的功率级别越来越高，在应用中所产生的热量也越来越大，所以需要对IGBT正向压降的的负温度系数进行优化，实现IGBT器件高温下的自我保护。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高温自保护功能的IGBT器件，在不影响器件正向导通特性的前提下，优化器件正向导通压降的负温度系数，延长器件使用寿命。

本发明的核心思想是在传统绝IGBT的P型基区5中靠近多晶硅栅电极10的沟道区A中引入带有受主能级的深能级杂质12，这些深能级杂质12在常温下电离率比较低，对器件的阈值电压影响非常小。当器件工作在大电流下，器件温度升高，上述深能级杂质12的电离率将得到大幅提高，相当于提高了P型基区5的有效掺杂水平，使器件的阈值电压大幅提高，从而降低IGBT器件的饱和电流值，加之器件的正向导通压降的负温度系数，在双重机理的作用下达到对IGBT器件的正向导通压降的负温度系数进一步优化的目的。避免器件因为自身产生的热损耗导致的温度过高而失效，从而使得器件具有高温自我保护的功能。

本发明技术方案如下：

一种具有高温自保护功能的IGBT器件，其基本结构如图2、3所示，包括金属化集电极1、P型集电区2、N⁺缓冲层3、N^-漂移区4、P⁺体区6、P、N⁺源区7、二氧化硅栅氧化层8、多晶硅栅电极9、二氧化硅场氧化层10、金属化发射极11；金属化集电极1位于P型集电区2的背面，N⁺缓冲层3位于P型集电区2的正面，且上方同N^-漂移区4相连；N⁺源区7和P⁺体区6二者并排位于金属化发射极12下方、且与金属化发射极12相连，其中P⁺体区6下方与N^-漂移区4直接相连，N⁺源区7同N^-漂移区4之间隔着P型基区5；N^-漂移区4、P型基区5和N⁺源区7三者与多晶硅栅电极9之间隔着二氧化硅栅氧化层8，多晶硅栅电极9与金属化发射极11之间隔着二氧化硅场氧化层10；所述P型基区5中引入了带有受主能级的深能级杂质12。

在上述方案中：所述深能级杂质12的杂质能级应位于导带底以下0.15eV，以保证在常温下深能级施主杂质的电离率非常低，对器件常温下的阈值电压影响很小；所述带有受主能级的深能级杂质12可以带有一个受主能级或多个受主能级，可以是铟（In）、钛（Ti）、铍（Be）、锌（Zn）或镍（Ni）；所述二氧化硅栅氧化层8和多晶硅栅电极9构成的栅极结构可以是平面栅结构（如图2所示），也可以是沟槽栅结构（如图3所示）。

本发明的工作原理：