IGBT和制备方法以及电子设备、车辆技术

本发明专利技术提出了IGBT和制备方法以及用途。该IGBT包括：该IGBT包括：集电区；漂移区，所述漂移区形成在所述集电区上；阱区，所述阱区形成在所述漂移区中；发射区，所述发射区形成在所述阱区中；载流子阻挡区，所述载流子阻挡区形成在阱区中，且与所述载流子阻挡区不与除所述阱区以外的结构接触；以及栅介质层、栅极和发射极，所述栅介质层、所述栅极以及所述发射极形成在所述漂移区上。通过在阱区中引入载流子阻挡区，相当于引入了达林顿管，从而可以降低IGBT的导通电阻。该IGBT通过采用新型结构而非载流子寿命控制的方式实现导通电压的调控，因此避免了传统的载流子寿命控制方法而导致的器件关断损耗增加的问题。

IGBT and preparation methods as well as electronic equipment and vehicles

The invention provides IGBT and preparation methods and uses. The IGBT includes: the IGBT includes a collector area, a drift area, and the drift region formed on the collector area; the well area is formed in the drift region; the emission area is formed in the well area; the carrier barrier area is formed in the well area and is blocked with the carrier barrier. The region is not in contact with the structure except the well described area, and the gate medium layer, gate and emitter, the gate medium layer, the gate, and the emitter are formed on the drift region. The introduction of the Darlington tube is equivalent to introducing the carrier blocking region in the well area, thereby reducing the on resistance of IGBT. The IGBT realizes the control of the conduction voltage by using a new structure rather than the carrier life control, thus avoiding the problem of increasing the switching loss of the device caused by the traditional carrier lifetime control method.

【技术实现步骤摘要】
IGBT和制备方法以及电子设备、车辆
本专利技术涉及电子领域，具体地，涉及IGBT和制备方法以及用途。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(IGBT，InsulatedGateBipolarTransistor)是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOS)组成的电压驱动式半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面的优点。BJT饱和压降低，载流子密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率小，开关速度快，但导通压降大，载流子密度小。由于IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动电路简单、驱动电流小，由于两种载流子导电且具有电导调制效应，在处于导通时具有半导体开关的导通压降较小，可以减少导通损耗等优点。因此，IGBT非常适合用于直流高压的变流系数如变频器、开关电源等领域。随着汽车工业向电气化、小型化、绿色智能化方向的发展，IGBT也越来越多地在电动汽车充电、电机驱动等用途上显现优势。然而，目前的IGBT结构以及制备方法仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。本专利技术是基于专利技术人的以下发现而完成的：目前的IGBT，普遍存在关断困难的问题。专利技术人经过深入研究以及大量实验发现，这主要是由于目前的IGBT为了获得更优秀的通态压降，对IGBT的结构进行改进以延长载流子寿命。但随着载流子寿命增加，器件的关断会明显变得困难。具体的，常规的IGBT结构如图1所示，包括集电区2、形成在集电区2之上的漂移区3、形成在漂移区3内的阱区4，以及形成在阱区4中的发射区5。在漂移区3之上形成有栅介质层、栅极和发射极，在集电区2之下形成有集电极1。P型集电区2和N-型漂移区3形成的pn结内建电场方向指向集电极1，阻碍电子从N-型漂移区3进入集电区2。在导通过程中，电子从栅下反型沟道注入到N-型漂移区3，内建电场使得漂移区3中的载流子密度变大，从而降低了通态压降。例如，栅槽型IGBT相对于平面栅结构的IGBT，具有沟道密度高、没有JFET效应的特点，可以有效改善通态压降，然而栅槽型IGBT制造工艺复杂，成本较高。并且，上述载流子寿命控制技术，将造成优化导通压降和降低关断损耗相矛盾的技术：虽然通过增大载流子寿命可以有效地降低其间的导通电阻，但是将导致漂移区内过剩的载流子复合困难，从而造成器件关断时间和关断损耗的增加。有鉴于此，在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种IGBT。根据本专利技术的实施例，该IGBT包括：集电区；漂移区，所述漂移区形成在所述集电区上；阱区，所述阱区形成在所述漂移区中；发射区，所述发射区形成在所述阱区中；载流子阻挡区，所述载流子阻挡区形成在阱区中，且与所述载流子阻挡区不与除所述阱区以外的结构接触；以及栅介质层、栅极和发射极，所述栅介质层、所述栅极以及所述发射极形成在所述漂移区上。通过在阱区中引入载流子阻挡区，相当于引入了达林顿管，从而可以降低IGBT的导通电阻。该IGBT通过采用新型结构而非载流子寿命控制的方式实现导通电压的调控，因此避免了传统的载流子寿命控制方法而导致的器件关断损耗增加的问题。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种制备前面所述的IGBT的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：在半导体衬底中形成阱区，所述阱区是由第一掺杂型半导体材料形成的，所述半导体衬底是由第二掺杂型半导体材料形成的，所述半导体衬底用于形成漂移区；以及在所述阱区中形成载流子阻挡区，所述载流子阻挡区是由第二掺杂型半导体材料形成的。该方法具有操作简单、制备成本低廉、生产周期较短等优点的至少之一。在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种电子设备。根据本专利技术的实施例，所述电子设备包括前面所述的IGBT。由此，该电子设备具有通态压降较低、关断时间短，关断损耗低等优点的至少之一。本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种车辆。根据本专利技术的实施例，所述车辆包括前面所述的电子设备。由此，该车辆具有前面描述的电子设备所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。附图说明图1显示了现有技术中IGBT的结构示意图；图2显示了根据本专利技术一个实施例的IGBT的结构示意图；图3显示了根据本专利技术另一个实施例的IGBT的结构示意图；图4显示了根据本专利技术一个实施例的IGBT的等效电路图；图5显示了根据本专利技术一个实施例的制备IGBT方法的流程图；图6显示了根据本专利技术实施例1以及对比例1的纺织测试导通曲线；以及图7显示了根据本专利技术实施例的IGBT的关断测试曲线。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“结合”、“贴合”等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义，只要满足根据本专利技术实施例的各个部件之间的连接关系即可。第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种IGBT。根据本专利技术的实施例，该IGBT通过在阱区中引入载流子阻挡区，相当于引入了达林顿管，从而可以降低IGBT的导通电阻。该IGBT通过采用新型结构而非载流子寿命控制的方式实现导通电压的调控，因此避免了传统的载流子寿命控制方法而导致的器件关断损耗增加的问题。根据本专利技术的实施例，参考图2，根据本专利技术实施例的IGBT包括集电区200、漂移区300、阱区400、发射区500以及载流子阻挡区600，栅介质层21、栅极22以及发射极30。根据本专利技术的实施例，发射区500设置在阱区400中，载流子阻挡区600被阱区400包覆。在阱区400的上表面设置有栅结构以及发射极30。其中，栅结构可以包括自下而上设置的栅氧化层21以及栅极22，栅极22可以包括多晶硅栅和形成在多晶硅栅上表面的金属栅电极。发射区500与栅氧化层21的下表面部分连接。根据本专利技术的实施例，集电区200以及阱区400可以为第一掺杂类型，漂移区300、载流子阻挡区600以及发射区500可以为第二掺杂类型。例如，根据本专利技术的具体实施例，集电区200以及阱区400可以为P型掺杂，漂移区300、载流子阻挡区600以及发射区500可以为N型掺杂。集电区200以及发射区500可以为重掺杂，阱区400、漂移区300和载流子阻挡区600可以为轻掺杂。根据本专利技术的实施例，载流子阻挡区600不与相同类型的半导体材料接触。也即是说，载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT，其特征在于，包括：集电区；漂移区，所述漂移区形成在所述集电区上；阱区，所述阱区形成在所述漂移区中；发射区，所述发射区形成在所述阱区中；载流子阻挡区，所述载流子阻挡区形成在阱区中，且与所述载流子阻挡区不与除所述阱区以外的结构接触；以及栅介质层、栅极和发射极，所述栅介质层、所述栅极以及所述发射极形成在所述漂移区上。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT，其特征在于，包括：集电区；漂移区，所述漂移区形成在所述集电区上；阱区，所述阱区形成在所述漂移区中；发射区，所述发射区形成在所述阱区中；载流子阻挡区，所述载流子阻挡区形成在阱区中，且与所述载流子阻挡区不与除所述阱区以外的结构接触；以及栅介质层、栅极和发射极，所述栅介质层、所述栅极以及所述发射极形成在所述漂移区上。2.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述载流子阻挡区与所述阱区具有不同的掺杂类型。3.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述阱区是由P型半导体材料形成的，所述载流子阻挡区是由N型半导体材料形成的。4.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述载流子阻挡区不与相同类型的半导体材料接触。5.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述载流子阻挡区包括相互独立的多个载流子阻挡亚区。6.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述载流子阻挡区的长度为15～20微米。7.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，当导通电流为200A/cm3时，所述IGBT的电压小于1.4伏。8.根据权利要求7所述的IGBT，其特征在于，当导通电流为200A/立方厘米时，所述IGBT的电压为至多1.1伏。9.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述IGBT的关断时间小于1.5微秒。10.根据权利要求9所述的IGBT，其特征在于，所述IGBT的关断时间为至多1微秒。11.根据权利要求1所述的IGB...

【专利技术属性】
技术研发人员：花旭，张新华，陈大军，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44