提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT制造技术

本实用新型专利技术涉及一种IGBT器件，尤其是一种提升抗闩锁能力的低通态IGBT，属于IGBT器件的技术领域。在所述第一导电类型漂移区内还设有第一导电类型的载流子引导体，所述载流子引导体包括位于元胞沟槽正下方的第一导电类型第一载流子引导层以及位于第二导电类型基区下方的第一导电类型第二载流子引导层；第一导电类型第二载流子引导层在第二导电类型基区下方呈对称分布，第一导电类型第二载流子引导层的上部与第二导电类型基区以及相邻元胞沟槽的外壁接触，第一导电类型第二载流子引导层的下端与第一导电类型第一载流子引导层接触。本实用新型专利技术结构紧凑，能在不影响IGBT正常工作特性的情况下，提高IGBT的抗闩锁能力，实现低通态压降，安全可靠。

Low pass pressure drop IGBT for enhancing latch resistance

The utility model relates to a IGBT device, in particular to a low pass state IGBT which improves the anti latch ability, and belongs to the technical field of IGBT devices. The first conductive type carrier guide is also provided in the first conductive type drift area, the carrier guide includes the first conducting type first carrier guide layer located at the bottom of the cell groove and the first conductive type second carrier guide layer located below the second conductive type base area; the first conductive class. The second carrier guide layer is symmetrically distributed under the second conductive type base area. The upper part of the first conductive type second carrier guide layer is in contact with the second conducting type base area and the outer wall of the adjacent cell groove. The lower end of the first conductive type second carrier guide layer is connected with the first conducting type first carrier guide layer. Touch. The utility model has compact structure, and can improve the anti latching ability of IGBT without affecting the normal working characteristics of IGBT, and realize low pass state pressure drop, and it is safe and reliable.

【技术实现步骤摘要】
提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT
本技术涉及一种IGBT器件，尤其是一种提升抗闩锁能力的低通态IGBT，属于IGBT器件的

技术介绍
IGBT是功率半导体器件中具有代表性的一类器件，具有驱动容易、控制简单、开关频率高、导通电压低、通态电流大、损耗小等优点，是自动控制和功率变换的关键核心部件，而闩锁问题是影响IGBT可靠性的重要原因之一。如图1和图2所示，为基本的IGBT结构及其等效电路，由图1看出，以N型IGBT结构中包含了由N+发射区3、P型基区7、N型漂移区8和P+集电极区9构成的N-P-N-P的四层三结的晶闸管结构。由图2的等效电路来解释IGBT发生闩锁的机制：当IGBT正常工作时，寄生晶闸管不会开启，这是由于正常工作电流下N+发射区3和P型基区7形成的短路发射极结构保证了上层NPN管的发射结不发生导通(In1>>IP1>>IP2)，IGBT电流受到栅极电压的控制，具有饱和特性；当IGBT的电流密度过大时，过高的空穴电流流过N+发射区3下方的P型基区7(电流Ip2)，该电流在P型基区路径电阻Rp-body上产生压降，若压降足够大则会使P型基区7与N+发射区3形成的PN结正偏，上层的NPN管开启进入放大区工作，并驱动下层的PNP管，PNP管开启后又反过来对上层NPN管形成正反馈，再生反馈效应使得IGBT栅极失去对电流的控制能力，电流迅速增大，当电流增大到一定程度后，可能使IGBT器件过热烧毁，因此，闩锁现象限制了IGBT的最大安全工作电流。IGBT发生闩锁的临界条件是：αNPN+αPNP≥1，其中，αNPN和αPNP分别是上层NPN管和下层PNP管的开基极电流增益，由该条件可以看出，要抑制寄生晶闸管的闩锁效应，就必须减小上层NPN管和下层PNP管的开基极电流增益，由于宽基区的下层PNP管在IGBT正常工作时需要传导通态电流，减小其电流增益会增大IGBT的导通压降，而上层NPN通常不参与IGBT导通态电流的传导，因此，最好是降低上层NPN管的电流增益。目前，采用防止措施是在增加P型基区的掺杂浓度，以减小N+区3下方的P型基区7的路径电阻，以防止N+发射区3/P型基区7结发生正偏，但该方法有可能增加IGBT的阈值电压并降低反向耐压。综上，现有的常规IGBT器件具有较高的通态压降以及低抗闩锁能力，尤其是在高压应用时，不利于IGBT在高压、高可靠性、低功耗上进一步发展。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT，其结构紧凑，能在不影响IGBT正常工作特性的情况下，提高IGBT的抗闩锁能力，实现低通态压降，安全可靠。按照本技术提供的技术方案，所述提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT，包括半导体基板以及位于所述半导体基板中心的元胞区，所述半导体基板包括第一导电类型漂移区以及位于所述第一导电类型漂移区内上部的第二导电类型基区；所述元胞区包括若干元胞沟槽，所述元胞沟槽位于第二导电类型基区内，且元胞沟槽的深度伸入第二导电类型基区下方的第一导电类型漂移区内；在相邻元胞沟槽间的第二导电类型基区内设置第一导电类型源区，第一导电类型源区与相应的元胞沟槽的侧壁接触，元胞沟槽内设置沟槽栅结构；在第一导电类型漂移区上设置发射极结构；在所述第一导电类型漂移区内还设有第一导电类型的载流子引导体，所述载流子引导体包括位于元胞沟槽正下方的第一导电类型第一载流子引导层以及位于第二导电类型基区下方的第一导电类型第二载流子引导层；第一导电类型第二载流子引导层在第二导电类型基区下方呈对称分布，第一导电类型第二载流子引导层的上部与第二导电类型基区以及相邻元胞沟槽的外壁接触，第一导电类型第二载流子引导层的下端与第一导电类型第一载流子引导层接触。在IGBT器件的横向方向且从靠近栅极中心指向栅极边缘的方向上，第一导电类型第一载流子引导层的杂质掺杂浓度逐渐降低。第一导电类型第二载流子引导层呈倒梯形，第一导电类型第二载流子引导层为均匀掺杂或非均匀掺杂；第一导电类型第二载流子引导层为非均匀掺杂时，在IGBT器件的横向上，第一导电类型第二载流子引导层包括n个不同掺杂浓度的子区域，在远离沟槽栅的方向上，子区域的掺杂浓度逐渐降低。在所述元胞沟槽的正下方还设置第二导电类型浮空区，第二导电类型浮空区位于第一导电类型第一载流子引导层的上方，第二导电类型浮空区与元胞沟槽槽底的外壁以及第一导电类型第二载流子引导层接触。在相邻元胞沟槽间的第二导电类型基区内还设置第二导电类型发射体，所述第二导电类型发射体包括第二导电类型第一发射区以及位于所述第二导电类型第一发射区下方的第二导电类型第二发射区；发射极结构包括发射极金属，所述发射极金属与第一导电类型源区、第二导电类型第一发射区欧姆接触，第二导电类型第一发射区与两侧的第一导电类型源区接触，第二导电类型第二发射区的宽度大于第二导电类型第一发射区的宽度。所述沟槽栅结构包括覆盖于元胞沟槽内壁以及底壁上的绝缘栅氧化层以及填充在所述元胞沟槽内的栅极多晶硅，所述栅极多晶硅通过绝缘栅氧化层与元胞沟槽的侧壁、底壁绝缘隔离；栅极多晶硅通过绝缘介质层与发射极结构绝缘隔离。还包括设置于半导体基板背面的集电极结构，所述集电极结构为透明阳极结构或短路阳极结构。所述半导体基板还包括位于第一导电类型漂移区正下方的第一导电类型场截止层，在所述第一导电类型场截止层的正下方设置第二导电类型集电区，在所述第二导电类型集电区上设置集电极金属，所述集电极金属与第二导电类型集电区欧姆接触，第一导电类型场截止层位于第一导电类型漂移层与第二导电类型集电区之间，且第一导电类型场截止层邻接第一导电类型漂移层、第二导电类型集电区。所述“第一导电类型”和“第二导电类型”两者中，对于N型功率IGBT器件，第一导电类型指N型，第二导电类型为P型；对于P型功率IGBT器件，第一导电类型与第二导电类型所指的类型与N型半导体器件正好相反。本技术的优点：第二导电类型基区设置第二导电类型发射体，第二导电类型发射体的第二导电类型第一发射区与发射极金属欧姆接触，通过第二导电类型发射体提供低阻路径，由于第二导电类型发射体在第二导电类型基区中呈倒T形分布，有效地避免了阈值电压与击穿电压降低并提高了抗闩锁能力。在元胞沟槽的下方设置第一导电类型第一载流子引导层，利用自建电场将栅极下方电流向栅极区域两端引导，同时在第二导电类型基区在下方引入的倒梯形分布的第一导电类型第二载流子引导层，第一导电类型第一载流子引导层、第一导电类型第二载流子引导层由于和第一导电类型漂移区具有一定的浓度差，其自建电场可以在横向上对载流子进行引导，使得第一导电类型源区下方的电流密度减小，更大程度上将电流从栅极区域向第二导电类型发射体下方引导，第一导电类型第二载流子引导层在第二导电类型基区中心下方的不连贯分布还有利于保持高耐压，避免了有载流子引导层的高浓度造成的击穿电压下降。另外，第一导电类型第一载流子引导层、第一导电类型第二载流子引导层还具有载流子存储层的作用，有很大程度上降低导通压降，安全可靠。附图说明图1为现有IGBT器件的结构剖视图。图2为现有IGBT器件的等效电路图。图3为本技术的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT，包括半导体基板以及位于所述半导体基板中心的元胞区，所述半导体基板包括第一导电类型漂移区以及位于所述第一导电类型漂移区内上部的第二导电类型基区；所述元胞区包括若干元胞沟槽，所述元胞沟槽位于第二导电类型基区内，且元胞沟槽的深度伸入第二导电类型基区下方的第一导电类型漂移区内；在相邻元胞沟槽间的第二导电类型基区内设置第一导电类型源区，第一导电类型源区与相应的元胞沟槽的侧壁接触，元胞沟槽内设置沟槽栅结构；在第一导电类型漂移区上设置发射极结构；其特征是：在所述第一导电类型漂移区内还设有第一导电类型的载流子引导体，所述载流子引导体包括位于元胞沟槽正下方的第一导电类型第一载流子引导层以及位于第二导电类型基区下方的第一导电类型第二载流子引导层；第一导电类型第二载流子引导层在第二导电类型基区下方呈对称分布，第一导电类型第二载流子引导层的上部与第二导电类型基区以及相邻元胞沟槽的外壁接触，第一导电类型第二载流子引导层的下端与第一导电类型第一载流子引导层接触。

【技术特征摘要】
1.一种提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT，包括半导体基板以及位于所述半导体基板中心的元胞区，所述半导体基板包括第一导电类型漂移区以及位于所述第一导电类型漂移区内上部的第二导电类型基区；所述元胞区包括若干元胞沟槽，所述元胞沟槽位于第二导电类型基区内，且元胞沟槽的深度伸入第二导电类型基区下方的第一导电类型漂移区内；在相邻元胞沟槽间的第二导电类型基区内设置第一导电类型源区，第一导电类型源区与相应的元胞沟槽的侧壁接触，元胞沟槽内设置沟槽栅结构；在第一导电类型漂移区上设置发射极结构；其特征是：在所述第一导电类型漂移区内还设有第一导电类型的载流子引导体，所述载流子引导体包括位于元胞沟槽正下方的第一导电类型第一载流子引导层以及位于第二导电类型基区下方的第一导电类型第二载流子引导层；第一导电类型第二载流子引导层在第二导电类型基区下方呈对称分布，第一导电类型第二载流子引导层的上部与第二导电类型基区以及相邻元胞沟槽的外壁接触，第一导电类型第二载流子引导层的下端与第一导电类型第一载流子引导层接触。2.根据权利要求1所述的提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT，其特征是：在IGBT器件的横向方向且从靠近栅极中心指向栅极边缘的方向上，第一导电类型第一载流子引导层的杂质掺杂浓度逐渐降低。3.根据权利要求1所述的提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT，其特征是：第一导电类型第二载流子引导层呈倒梯形，第一导电类型第二载流子引导层为均匀掺杂或非均匀掺杂；第一导电类型第二载流子引导层为非均匀掺杂时，在IGBT器件的横向上，第一导电类型第二载流子引导层包括n个不同掺杂浓度的子区域，在远离沟槽栅的方向上，子区域的掺杂浓度逐渐降低。4.根据权利要求1或2或3所述的提升抗闩锁能力的低通态压降IGBT，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨珏林，姜梅，许生根，杨晓鸾，
申请(专利权)人：江苏中科君芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32