肖特基势垒高电流密度IGBT器件制造技术

本发明专利技术公开了一种肖特基势垒高电流密度IGBT器件，包括：P型基区、多晶硅栅极区、与P型基区下表面接触的N-型掺杂漂移区及与N-型掺杂漂移区下表面接触的第一器件，还包括：与P型基区上表面接触的肖特基势垒区和N+型掺杂源区；与肖特基势垒区和N+型掺杂源区上表面均接触的发射极金属区；多晶硅栅极区与N-型掺杂漂移区、P型基区、N+型掺杂源区和发射极金属区之间具有栅极氧化层。该器件能够在保持IGBT高工作电压，简单门极电压控制，良好的开关可控性和安全工作区以及简单的短路保护措施等方面优点的基础上大幅度提高IGBT的电流密度，增强IGBT电导调制效应，提高电流导通能力，降低导通损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大功率电力半导体器件
，特别涉及一种肖特基势皇高电流密度绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)器件。
技术介绍
大功率电力半导体开关器件在工业电机节能、新能源发电、输变电、电能质量，轨道交通、冶金、化工、新能源汽车及国防等战略性产业领域正面临着前所未有的机遇和挑战，是建设资源节约型和环境友好型社会不可缺少的关键技术。对晶闸管和绝缘栅双极型晶体管IGBT等大功率电力半导体开关器件的性能要求一般包括:高电压(1200至10000伏特)，大电流(150至5000安培)，低导通及开关功耗，良好的开关可控性，较大的安全工作区，良好的扛冲击能力和长期可靠性。而现有的大功率电力半导体开关器件存在以下不足:1、大功率晶闸管，包括门极关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor，简称GT0) —般能够提供高电压，大电流，低导通功耗，良好的导热性能及耐热冲击能力。但是晶闸管的缺点在于有限的开关可控性和安全工作区，较大的开关功耗，以及复杂的短路保护电路要求，其换流技术普遍存在开关频率低、谐波高、体积大、动态响应差、容易产生换相失误等缺点。晶闸管的这些缺点限制了大容量电力电子换流器设计的效率，工作频率，体积及成本。2、集成门极换流晶闸管(Integrated Gate Commutated Thyristors，简称 IGCT)在GTO的基础上增加了集成门极换流电路，在保持晶闸管的高电压，大电流，低导通功耗，良好的导热性能及耐热冲击能力的同时，改善了器件的安全工作区，提高了系统的工作频率。但是IGCT仍存在着晶闸管有限的开关可控性、开关频率低和复杂的短路保护电路等弱点，另外IGCT集成门极换流电路增加了制造成本。3、绝缘栅双极型晶体管IGBT是国际上公认的电力电子技术第三次革命的最具代表性的产品，是目前电力电子
中最具有优势的功率器件之一。IGBT能够提供高工作电压，低开关功耗，简单的门极电压控制，良好的开关可控性和安全工作区以及简单的短路保护措施等优点，因而广泛的应用于高频中小容量的电力电子系统。典型的IGBT集成了双极性晶体管(Bipolar Junct1n Transistor，简称BJT)和金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称 M0SFET)的电导调制效应和场控开关的优势，但是其中的BJT组成部分的分流作用引起IGBT的电导调制效应大为减弱，从而导致其电流密度和饱和压降仍然远逊于晶闸管和IGCT。近年来，包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)和人造金刚石在内的宽禁带电力半导体器件成为国内外研宄的热点，由于受材料缺陷和工艺的限制可控宽禁带半导体器件的研宄目前仍处于小电流密度概念性器件的试验阶段。因此，充分发挥新型结构器件在硅和碳化硅等大容量电力电子应用领域的潜力仍是一个具有重要意义的课题。鉴于此，如何在保持IGBT高工作电压，简单门极电压控制，良好的开关可控性和安全工作区以及简单的短路保护措施等方面优点的基础上提高IGBT的电流密度，增强IGBT电导调制效应，提高电流导通能力成为目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种肖特基势皇高电流密度IGBT器件，能够在保持IGBT高工作电压，简单门极电压控制，良好的开关可控性和安全工作区以及简单的短路保护措施等方面优点的基础上提高IGBT的电流密度，增强IGBT电导调制效应，提高电流导通能力。第一方面，本专利技术提供一种肖特基势皇高电流密度IGBT器件，包括:P型基区、多晶硅栅极区、与所述P型基区的下表面接触的N-型掺杂漂移区及与所述N-型掺杂漂移区的下表面接触的第一器件，其特征在于，还包括:与所述P型基区的上表面接触的肖特基势皇区和N+型掺杂源区；与所述肖特基势皇区和N+型掺杂源区的上表面均接触的发射极金属区；所述多晶硅栅极区与所述N-型掺杂漂移区、所述P型基区、所述N+型掺杂源区和所述发射极金属区之间具有栅极氧化层。可选的，所述第一器件包括:与所述N-型掺杂漂移区的下表面接触的N型掺杂电场截止区；与所述N型掺杂电场截止区的下表面接触的P+型集电区；与所述P+型集电区的下表面接触的集电极金属区。可选的，所述发射极金属区和所述集电极金属区的材料为铝、或者铜。可选的，所述发射极金属区和所述集电极金属区的材料为合金。可选的，所述栅极氧化层为氧化硅层可选的，所述肖特基势皇区为轻掺杂N型区。可选的，所述肖特基势皇高电流密度IGBT器件的半导体材料为硅、或者碳化硅。可选的，所述肖特基势皇高电流密度IGBT器件的半导体材料为砷化镓或者氮化镓。本专利技术提供的肖特基势皇高电流密度IGBT器件，利用肖特基势皇具有阻挡空穴载流子流向发射极金属的原理增大IGBT器件电导调制区的载流子浓度，从而增强电导调制效应和降低饱和压降，因此这种器件能够在保持IGBT高工作电压，简单门极电压控制，良好的开关可控性和安全工作区以及简单的短路保护措施等方面优点的基础上大幅度提高IGBT的电流密度，增强IGBT电导调制效应，提高电流导通能力，降低导通损耗。【附图说明】图1为现有技术中的典型IGBT器件的二位剖面元胞结构示意图；图2为本专利技术一实施例提供的肖特基势皇高电流密度IGBT器件的二位剖面元胞结构示意图；图3为本专利技术一实施例提供的肖特基势皇高电流密度IGBT器件的立体元胞结构示意图；附图标记:1、发射极金属区；2、肖特基势皇区；2’、P+型区；3、N+型掺杂源区；4、多晶硅栅极区；5、P型基区；6、栅极氧化层；7、N-型掺杂漂移区；8、N型掺杂电场截止区；9、P+型集电区；10、集电极金属区。【具体实施方式】下面结合附图和实施例，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。公知的IGBT器件通常由成千上万个IGBT单元并联而成，其中每个元胞的发射极，门极和集电极都通过金属或多晶硅膜分别连接在一起。每个IGBT器件沿其四周边缘的芯片面积被用做边缘电场中止区，以保证器件的击穿电压。图1示出了现有技术中的典型IGBT器件的二位剖面元胞结构示意图，如图1所示，所述典型IGBT器件，包括:发射极金属区1，P+型区2’，N+型掺杂源区3，多晶硅栅极区4，P型基区5，栅极氧化当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种肖特基势垒高电流密度IGBT器件，包括：P型基区、多晶硅栅极区、与所述P型基区的下表面接触的N‑型掺杂漂移区及与所述N‑型掺杂漂移区的下表面接触的第一器件，其特征在于，还包括：与所述P型基区的上表面接触的肖特基势垒区和N+型掺杂源区；与所述肖特基势垒区和N+型掺杂源区的上表面均接触的发射极金属区；所述多晶硅栅极区与所述N‑型掺杂漂移区、所述P型基区、所述N+型掺杂源区和所述发射极金属区之间具有栅极氧化层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋梦轩，沈征，王俊，帅智康，尹新，廖淋圆，彭斌，周猛，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43