一種隧穿型逆導(dǎo)igbt及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隧穿型逆導(dǎo)IGBT及其制作方法，屬于半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】。該隧穿型逆導(dǎo)IGBT包括P+區(qū)、P-基區(qū)、N-漂移區(qū)、N+緩沖層、P+集電極，其特征在于，在P+集電極和N+緩沖層內(nèi)引入N++區(qū)，在P+集電極內(nèi)于N++區(qū)底部引入P++區(qū)，P++區(qū)與N++區(qū)底部接觸，使得P+區(qū)、P-基區(qū)、N-漂移區(qū)、N+緩沖層和N++區(qū)構(gòu)成逆導(dǎo)通道，N++區(qū)和P++區(qū)形成隧道結(jié)，隧道結(jié)的摻雜濃度為1019/cm3～1020/cm3。該隧穿型逆導(dǎo)IGBT芯片面積小、成本低，可靠性高；開關(guān)功率損耗少；無回跳。
【專利說明】 一種隧穿型逆導(dǎo)IGBT及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種隧穿型逆導(dǎo)IGBT及其制作方法。【背景技術(shù)】
[0002]逆導(dǎo)型IGBT是一種在承受反壓時，可以允許電流從發(fā)射極流向集電極的IGBT。附圖1為在同一坐標(biāo)系中繪制的普通IGBT的“漏電流I。一反偏電壓V。/特性曲線圖和逆導(dǎo)型IGBT的“漏電流I。一反偏電壓Vce”特性曲線圖。從附圖1可以看出，當(dāng)反偏電壓Vce小于反向截止電壓Vce (_0時，普通IGBT存在極小的漏電流I。，當(dāng)反偏電壓達(dá)到反向截止電壓Vce (_0時，普通IGBT的集電結(jié)發(fā)生雪崩而擊穿，也就是說，普通IGBT的幾乎無法實現(xiàn)反向?qū)ā５?，?dāng)使用IGBT驅(qū)動感性負(fù)載時，為了給電感提供續(xù)流通道，通常需要IGBT具有反向?qū)芰Α?br> [0003]現(xiàn)有技術(shù)中，獲得具有反向?qū)芰Φ腎GBT的方法包括兩種，第一種是將一個普通IGBT與同等電壓級別的PIN 二極管反并聯(lián)，這種方式的IGBT的缺陷在于，寄生電感較大、可靠性也較差；第二種是將普通IGBT的芯片與FRD的芯片反并聯(lián)后封裝到同一單管或模塊中，這種方式的IGBT雖然能夠減少寄生電感，但是，成本較高且電路的體積較大。
[0004]為了獲得具有逆導(dǎo)能力的IGBT，曾有一種短路集電極型逆導(dǎo)IGBT問世，附圖2為短路集電極型逆導(dǎo)IGBT的局部結(jié)構(gòu)示意圖，從附圖2可以看出，該IGBT是在P+集電極區(qū)04加入N+集電極區(qū)03，直接將N+緩沖層2通過N+集電極區(qū)03連接到背面金屬上，使P+區(qū)、P_基區(qū)、N-漂移區(qū)01、N+集電極區(qū)03形成逆導(dǎo)通道。但是，這樣形成的短路集電極型逆導(dǎo)IGBT在導(dǎo)通初期，電流密度很小，反偏電壓Vra很小，但是，當(dāng)反偏電壓Vra大于一特定值Vp時，反偏電壓Vra會陡降，電流密度則陡增，附圖3短路集電極型逆導(dǎo)IGBT的“集電極-發(fā)射極電流一集電極-發(fā)射極電壓”特性曲線，在附圖3上出現(xiàn)一大段負(fù)阻區(qū)，即短路集電極型逆導(dǎo)IGBT存在回跳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種在IGBT的集電結(jié)的部分區(qū)域引入隧道結(jié)結(jié)構(gòu)而使IGBT芯片具有逆導(dǎo)能力的隧穿型逆導(dǎo)IGBT及其制造方法。
[0006]本發(fā)明提供的隧穿型逆導(dǎo)IGBT包括P+區(qū)、P_基區(qū)、N_漂移區(qū)、N+緩沖層、P+集電極，在所述P+集電極和N+緩沖層內(nèi)引入N++區(qū)，在所述P+集電極內(nèi)于所述N++區(qū)底部引入P++區(qū)，所述P++區(qū)與所述N++區(qū)底部接觸，所述使得所述P+區(qū)、P—基區(qū)、N—漂移區(qū)、N+緩沖層、N++區(qū)和P++區(qū)構(gòu)成逆導(dǎo)通道，所述N++區(qū)和P++區(qū)形成隧道結(jié)，所述隧道結(jié)的摻雜濃度為IO19/cm3 ?IO20/cm3。
[0007]作為優(yōu)選，所述摻雜濃度為5 X 1019/cm3。
[0008]作為優(yōu)選，所述隧道結(jié)為突變結(jié)。
[0009]本發(fā)明提供的隧穿型逆導(dǎo)IGBT的制造方法包括以下步驟:
[0010]在IGBT的P+集電極和N+緩沖層內(nèi)注入高劑量的N型雜質(zhì)，[0011]激活所述N型雜質(zhì)，使之形成N++區(qū)，
[0012]在所述P+集電極內(nèi)加入含有P型摻雜劑的合金，所述P型摻雜劑的合金與所述N++區(qū)的底部接觸，
[0013]使所述P型摻雜劑的合金融化，使所述P型摻雜劑從所述合金中擴(kuò)散出來形成P++區(qū)，
[0014]其中，
[0015]所述N++區(qū)和P++區(qū)形成隧道結(jié)，所述隧道結(jié)的摻雜濃度為IO1Vcm3?102°/Cm3。
[0016]作為優(yōu)選，所述P型摻雜劑的合金融化溫度為500°C，融化時間為lmin。
[0017]本發(fā)明提供的隧穿型逆導(dǎo)IGBT的有益效果在于，
[0018]I)電流可以從由N++區(qū)和P++區(qū)形成隧道結(jié)隧穿過去，從而為IGBT提供了逆導(dǎo)通道，這樣形成的逆導(dǎo)IGBT芯片面積小、成本低，可靠性高；
[0019]2)在該隧穿型逆導(dǎo)IGBT關(guān)斷時，N—緩沖層中過剩的載流子可以直接通過該隧道結(jié)快速導(dǎo)走，該隧穿型逆導(dǎo)IGBT還可以提高關(guān)斷速度，進(jìn)而減少開關(guān)功率損耗；
[0020]3)無回跳。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例提供的在同一坐標(biāo)系中繪制的普通IGBT的“漏電流I。一反偏電壓V。/特性曲線圖和逆導(dǎo)型IGBT的“漏電流I。一反偏電壓V。/特性曲線圖；
[0022]圖2為短路集電極型逆導(dǎo)IGBT的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為短路集電極型逆導(dǎo)IGBT的“集電極-發(fā)射極電流一集電極_發(fā)射極電壓”特性曲線圖；
[0024]圖4為隧道結(jié)的電流電壓特性曲線圖；
[0025]圖5為隧道結(jié)熱平衡時的能帶圖；
[0026]圖6為本發(fā)明實施例提供的隧穿型逆導(dǎo)IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為了深入了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]參見附圖6，本發(fā)明提供的隧穿型逆導(dǎo)IGBT包括P+區(qū)1、P_基區(qū)2、N_漂移區(qū)3、N+緩沖層4、P+集電極5，在P+集電極5和N+緩沖層4內(nèi)引入N++區(qū)6，在P+集電極5內(nèi)于N++區(qū)6底部引入P++區(qū)7，P++區(qū)7與N++區(qū)底部6接觸，使得P+區(qū)1、P—基區(qū)2、N—漂移區(qū)3、N+緩沖層4、N++區(qū)6和P++區(qū)7構(gòu)成逆導(dǎo)通道8，N++區(qū)6和P++區(qū)7形成隧道結(jié)，該隧道結(jié)的摻雜濃度為 IO1Vcm3 ?102°/cm3。
[0029]其中，典型摻雜濃度為5X1019/cm3。
[0030]其中，隧道結(jié)可以為突變結(jié)，從而，使所形成的隧道結(jié)良好。
[0031]本發(fā)明提供的隧穿型逆導(dǎo)IGBT的制造方法包括以下步驟:
[0032]在IGBT的P+集電極5和N+緩沖層4內(nèi)注入高劑量的N型雜質(zhì)，
[0033]激活N型雜質(zhì)，使之形成N++區(qū)6，
[0034]在P+集電極5內(nèi)加入含有P型摻雜劑的合金，P型摻雜劑的合金與N++區(qū)6的底部接觸，[0035]使P型摻雜劑的合金融化，使P型摻雜劑從合金中擴(kuò)散出來形成P++區(qū)7，
[0036]其中，
[0037]N++區(qū)6和P++區(qū)7形成隧道結(jié)，隧道結(jié)的摻雜濃度為IO1Vcm3?102°/cm3。
[0038]其中，作為P型摻雜劑的合金融化的具體條件為P型摻雜劑的合金融化溫度為500°C，融化時間為lmin。
[0039]本發(fā)明提供的隧穿型逆導(dǎo)IGBT依據(jù)的原理如下:
[0040]由重?fù)诫s的P區(qū)和N區(qū)形成的PN結(jié)通常稱為隧道結(jié)，當(dāng)隧道結(jié)兩側(cè)的摻雜濃度為IO1Vcm3?102°/cm3，這是普通的隧道結(jié)的10?1000倍。由于耗盡區(qū)形成的勢壘特別薄，為3 ~ 100A,當(dāng)隧道結(jié)承受反應(yīng)時，有較大的電流通過隧道效應(yīng)流過隧道結(jié)，從而使隧道結(jié)具有雙向?qū)щ娔芰Α?br> [0041]隧道結(jié)電流電壓特性如圖4所示，正向電流一開始隨正向電壓的增加而迅速上升達(dá)到一個極大值IP，稱為峰值電流，對應(yīng)的正向電壓Vp稱為峰值電壓。隨后電壓增加，電流反而減小，達(dá)到一個極小值Iv，稱為谷值電流，對應(yīng)的電壓Vv稱為谷值電壓。當(dāng)電壓大于谷值電壓Vv后，電流又隨電流電壓特性曲線的斜率為負(fù)，隨著電壓的增大電流反而減小的現(xiàn)象稱為負(fù)阻，這一段電流電壓特性曲線的斜率為負(fù)，這一特性稱為負(fù)阻特性。反向時，反向電流隨反向偏壓的增大而迅速增加。從圖4和圖5可以看到，隧道結(jié)具有良好的逆向?qū)ㄌ匦?，這是本發(fā)明提供的遂穿型IGBT的關(guān)鍵所在。
[0042]以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種隧穿型逆導(dǎo)IGBT，包括P+區(qū)、P_基區(qū)、N-漂移區(qū)、N+緩沖層、P+集電極，其特征在于，在所述P+集電極和N+緩沖層內(nèi)引入N++區(qū)，在所述P+集電極內(nèi)于所述N++區(qū)底部引入P++區(qū)，所述P++區(qū)與所述N++區(qū)底部接觸，使得所述P+區(qū)、P_基區(qū)、N_漂移區(qū)、N+緩沖層和N++區(qū)構(gòu)成逆導(dǎo)通道，所述N++區(qū)和P++區(qū)形成隧道結(jié)，所述隧道結(jié)的摻雜濃度為IO1Vcm3?102°/3cm ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧穿型逆導(dǎo)IGBT，其特征在于，所述摻雜濃度為5X1019/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的隧穿型逆導(dǎo)IGBT，其特征在于，所述隧穿型逆導(dǎo)IGBT的PN結(jié)為突變結(jié)。
4.一種權(quán)利要求1中任一所述的隧穿型逆導(dǎo)IGBT的制造方法包括以下步驟: 在IGBT的P+集電極和N+緩沖層內(nèi)注入的N型雜質(zhì)， 激活所述N型雜質(zhì)，使之形成N++區(qū)， 在所述P+集電極內(nèi)加入含有P型摻雜劑的合金，所述P型摻雜劑的合金與所述N++區(qū)的底部接觸， 使所述P型摻雜劑的合金融化，使所述P型摻雜劑從所述合金中擴(kuò)散出來形成P++區(qū)， 其中， 所述N++區(qū)和P++區(qū)形成隧道結(jié)，所述隧道結(jié)的摻雜濃度為IO1Vcm3?1027cm3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述P型摻雜劑的合金融化溫度為500°C，融化時間為Imin。
【文檔編號】H01L21/331GK103872113SQ201210540050
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月13日
【發(fā)明者】張文亮, 朱陽軍, 田曉麗, 盧爍今, 褚為利 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所, 上海聯(lián)星電子有限公司, 江蘇中科君芯科技有限公司