【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功率半导体器件
,涉及具有超势垒集电极结构的IGBT器件及其制造方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor-IGBT)结合了功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)开关速度快、输入阻抗高等优点和双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor—BJT)通态压降小,同时克服了在中高压领域功率MOSFET导通电阻随器件耐压的2.5次方增加缺点。但是现有的IGBT结构通常在优化器件开关损耗的同时,导致较高的通态压降;而在优化通态压降时,器件的开关损耗又比较大。因此如何进一步降低IGBT器件的开关优值(通态压降与开关损耗的乘积)以得到性能最优的IGBT,一直是国际上电力电子器件领域的研究热点。IGBT导通损耗深受漂移区少数载流子的分布状态和数量影响。在导通期间,由于集电极区域注入漂移区大量的少数载流子,漂移区产生电导调制效应,并且导通压降随集电极的注入效率增加而降低,导通损耗相应减小;在关断过程中,由于IGBT集电极区域固有的浓度较高的少数载流子积累,集电极PN结在关断过程很长一段时间内处于正偏,并且集电极附近的多余载流子将只会在关断过程结束时才会全部移走,此时的VCE已经很高,这意味着给器件带来较大的关断损耗,并且关断损耗随集电极的注入效率增加而增加。因此优化集电极结构,将是降低IGBT器件的开关优值关键技术。传统的IGBT器件如图1所示,集电极的掺杂浓度比较高,导致集电极PN结附 ...
【技术保护点】
具有超势垒集电极结构的IGBT器件,包括N‑漂移区(8);所述N‑漂移区(8)上层两端分别具有第一P‑阱区(7);所述第一P‑阱区(7)中具有第一N+区(5)和第一P+区(6),所述第一P+区(6)位于器件外侧;所述N‑漂移区(8)上表面具有发射极金属(1);所述发射区金属(1)中具有介质层(3)和位于介质层(3)中的栅电极(2)和栅氧化层(4),所述栅电极(2)位于栅氧化层(4)的上表面;所述栅氧化层(4)的下表面与N‑漂移区(8)的上表面、第一P‑阱区(7)的上表面和部分第一N+区(5)的上表面接触;所述N‑漂移区(8)的下表面具有集电极金属(14);其特征在于,所述N‑漂移区(8)的下层两端分别具有第二P‑阱区(10);所述第二P‑阱区(10)中具有第二N+区(11)和第二P+区(9),所述第二P+区(9)位于器件外侧;所述集电极金属(14)中具有超势垒MOS栅氧层(12)和位于超势垒MOS栅氧层(12)下表面的超势垒MOS栅电极(13);所述超势垒MOS栅氧层(12)的上表面与N‑漂移区(8)的下表面、第二P‑阱区(10)的下表面和部分第二N+区(11)的下表面接触。
【技术特征摘要】
1.具有超势垒集电极结构的IGBT器件,包括N-漂移区(8);所述N-漂移区(8)上层两端分别具有第一P-阱区(7);所述第一P-阱区(7)中具有第一N+区(5)和第一P+区(6),所述第一P+区(6)位于器件外侧;所述N-漂移区(8)上表面具有发射极金属(1);所述发射区金属(1)中具有介质层(3)和位于介质层(3)中的栅电极(2)和栅氧化层(4),所述栅电极(2)位于栅氧化层(4)的上表面;所述栅氧化层(4)的下表面与N-漂移区(8)的上表面、第一P-阱区(7)的上表面和部分第一N+区(5)的上表面接触;所述N-漂移区(8)的下表面具有集电极金属(14);其特征在于,所述N-漂移区(8)的下层两端分别具有第二P-阱区(10);所述第二P-阱区(10)中具有第二N+区(11)和第二P+区(9),所述第二P+区(9)位于器件外侧;所述集电极金属(14)中具有超势垒MOS栅氧层(12)和位于超势垒MOS栅氧层(12)下表面的超势垒MOS栅电极(13);所述超势垒MOS栅氧层(12)的上表面与N-漂移区(8)的下表面、第二P-阱区(10)的下表面和部分第二N+区(11)的下表面接触。2.具有超势垒集电极结构的IGBT器件的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:采用两片具有相同电阻率的N-型<100>单晶片,分别标记为wafer1和wafer2;步骤2:在wafer1表面热生长栅氧化层(4);步骤3:淀积多晶硅及对多晶硅磷注入,通过注入磷离子的剂量控制多晶硅电阻,光刻并刻蚀多晶硅在栅氧化层(4)上表面形成第一栅电极(2);步骤4:通过自对准工艺,在wafer1上层两端进行高能量硼离子注入,并高温退火形成发射极区的第一P-阱区(7);步骤5:通过自对准工艺,在第一P-阱区(7)上层进行砷离子注入以及低温退火,形成第一N+区(5);步骤6:采用光刻工艺,在第一P-阱区(7)外侧光刻出P+区,高剂量硼离子注入形成第一P+区(6);步骤7:淀积多晶硅栅与发射极金属电极之间的介质层(3),在介质层(3)上光刻和刻蚀发射极极接触孔,淀积金属铝,形成发射极金属(1);步骤8:在wafer2表面热生长超势垒MOS栅氧层(12);步骤9:淀积多晶硅及对多晶硅磷注入,通过注入磷离子的剂量控制多晶硅电阻,光刻
\t并刻蚀多晶硅...
【专利技术属性】
技术研发人员:李泽宏,史建东,陈钱,刘永,李佳驹,其他发明人请求不公开姓名,
申请(专利权)人:电子科技大学,
类型:发明
国别省市:四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。