一種逆導(dǎo)型igbt器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，具體涉及逆導(dǎo)型絕緣柵雙極型晶體管(RC-1GBT)。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種MOS場(chǎng)效應(yīng)和雙極型晶體管復(fù)合的新型電力電子器件。它既有MOSFET易于驅(qū)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，又有功率晶體管導(dǎo)通壓降低，通態(tài)電流大，損耗小的優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代電力電子電路中的核心電子元器件之一，廣泛地應(yīng)用在諸如通信、能源、交通、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、家用電器及航空航天等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。IGBT的應(yīng)用對(duì)電力電子系統(tǒng)性能的提升起到了極為重要的作用。
[0003]在電力電子系統(tǒng)中，IGBT通常需要搭配續(xù)流二極管(Free Wheeling D1de)使用以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。因此在傳統(tǒng)IGBT模塊或單管器件中，通常會(huì)有FWD與其反向并聯(lián)，該方案不僅增加了器件的個(gè)數(shù)，模塊的體積及生產(chǎn)成本，而且封裝過(guò)程中焊點(diǎn)數(shù)的增加會(huì)影響器件的可靠性，金屬連線所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)還影響器件的整體性能。
[0004]為了解決這一問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的整體化，文獻(xiàn)(Takahash, H !Yamamoto, A ；Aono, S ；Minato, T.1200V Reverse Conducting IGBT.Proceedings of 2004Internat1naISymposium on Power Semiconductor Devices&ICs, 2004, pp.24-27)提出了逆導(dǎo)型IGBT (Reverse Conducting IGBT)，成功地將續(xù)流二極管集成在IGBT內(nèi)部。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，相比于傳統(tǒng)無(wú)續(xù)流能力的IGBT，其特性在于其背部制作了與金屬集電極連接的N+集電極短路區(qū)9，該區(qū)域同器件中P型基區(qū)5和N-漂移區(qū)7形成了寄生二極管結(jié)構(gòu)，在續(xù)流模式下該寄生二極管導(dǎo)通電流。然而背部N+集電極短路區(qū)9的引入給器件的正向?qū)ㄌ匦栽斐闪瞬焕绊?。由圖1可見(jiàn)，器件結(jié)構(gòu)中表面溝道區(qū)，漂移區(qū)和背部N型區(qū)形成了寄生VDMOS結(jié)構(gòu)。在小電流條件下，由于壓降不足，背部P+集電區(qū)10與N型電場(chǎng)阻止層8形成的PN結(jié)無(wú)法開(kāi)啟，從溝道注入N-漂移區(qū)的電子直接從N集電極短路區(qū)11流出，導(dǎo)致器件呈現(xiàn)出VDMOS特性。只有當(dāng)電子電流增大到一定程度，使得P+集電區(qū)10與N型電場(chǎng)阻止層8形成的PN結(jié)壓降高于開(kāi)啟電壓后，P+集電區(qū)10才會(huì)向N-漂移區(qū)7中注入空穴，形成電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，此時(shí)隨著電流的提高，器件的正向壓降會(huì)迅速下降，使得器件電流-電壓曲線呈現(xiàn)出折回(Snapback)現(xiàn)象。在低溫條件下snapback現(xiàn)象更加明顯，這會(huì)導(dǎo)致器件無(wú)法正常開(kāi)啟，嚴(yán)重影響電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)于傳統(tǒng)的逆導(dǎo)型IGBT，是通過(guò)增加P+集電區(qū)10的寬度，使其在較小的電流下，就可以達(dá)到背部P+集電區(qū)10與N型電場(chǎng)阻止層8形成的PN結(jié)的導(dǎo)通電壓。但是，這種方法會(huì)嚴(yán)重影響在反向續(xù)流時(shí)的二極管導(dǎo)通特性，具有較差的反向恢復(fù)特性，并且電流集中問(wèn)題嚴(yán)重，可靠性大大降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述問(wèn)題，為優(yōu)化逆導(dǎo)型IGBT續(xù)流二極管工作模式下的反向恢復(fù)特性與抑制IGBT模式下的snapback現(xiàn)象，提高器件的可靠性，提出一種逆導(dǎo)型IGBT器件。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種逆導(dǎo)型IGBT器件，如圖2所示，其元胞結(jié)構(gòu)包括N-漂移區(qū)8、位于N-漂移區(qū)8上層的發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)和位于N-漂移區(qū)8下層的集電極結(jié)構(gòu)；所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵，包括柵氧化層7和位于柵氧化層7中的多晶硅柵電極3 ;所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)位于兩個(gè)溝槽柵之間，包括發(fā)射極金屬2、N+發(fā)射區(qū)4、P型基區(qū)5和P+區(qū)6 ;所述N+發(fā)射區(qū)4位于P型基區(qū)5中，N+發(fā)射區(qū)4和P型基區(qū)5與柵氧化層連接；所述P+區(qū)6與P型基區(qū)5連接；所述發(fā)射極金屬2位于N+發(fā)射區(qū)4和P+區(qū)6的上表面；所述集電極結(jié)構(gòu)包括P+集電區(qū)11、N+集電極短路區(qū)12和金屬集電極13 ;所述P+集電區(qū)11和N+集電極短路區(qū)12并列位于金屬集電極13的上表面；所述P+集電區(qū)11和N+集電極短路區(qū)13的上表面與N-漂移區(qū)8之間具有N型電場(chǎng)阻止層9 ;其特征在于，所述P+區(qū)6之間的N-漂移區(qū)8上表面具有肖特基金屬1，所述肖特基金屬I(mǎi)與發(fā)射極金屬2連接；所述集電極結(jié)構(gòu)還包括N-區(qū)10，所述N-區(qū)10位于N型電場(chǎng)阻止層9與N+集電極短路區(qū)12和部分P+集電區(qū)11之間。
[0008]上述方案為柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵時(shí)的器件結(jié)構(gòu)。
[0009]一種逆導(dǎo)型IGBT器件，如圖3所示，其元胞結(jié)構(gòu)包括N-漂移區(qū)8、位于N-漂移區(qū)8上層的發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)和位于N-漂移區(qū)8下層的集電極結(jié)構(gòu)；所述柵極結(jié)構(gòu)為平面柵，包括柵氧化層7和位于柵氧化層7上表面的多晶硅柵電極3 ;所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)，包括發(fā)射極金屬2、N+發(fā)射區(qū)4、P型基區(qū)5和P+區(qū)6 ;所述N+發(fā)射區(qū)4位于P型基區(qū)5中，N+發(fā)射區(qū)4的上表面和P型基區(qū)5的上表面與柵氧化層的下表面連接；所述P+區(qū)6與P型基區(qū)5連接；所述發(fā)射極金屬2位于N+發(fā)射區(qū)4和P+區(qū)6的上表面；所述集電極結(jié)構(gòu)包括P+集電區(qū)11、N+集電極短路區(qū)12和金屬集電極13 ;所述P+集電區(qū)11和N+集電極短路區(qū)12并列位于金屬集電極13的上表面；所述P+集電區(qū)11和N+集電極短路區(qū)13的上表面與N-漂移區(qū)8之間具有N型電場(chǎng)阻止層9 ;其特征在于，所述P+區(qū)6之間的N-漂移區(qū)8上表面具有肖特基金屬1，所述肖特基金屬I(mǎi)與發(fā)射極金屬2連接；所述集電極結(jié)構(gòu)還包括N-區(qū)10，所述N-區(qū)10位于N型電場(chǎng)阻止層9與N+集電極短路區(qū)12和部分P+集電區(qū)11之間。
[0010]上述方案為柵極結(jié)構(gòu)為平面柵時(shí)的器件結(jié)構(gòu)。
[0011]所述逆導(dǎo)型IGBT器件的半導(dǎo)體材料采用S1、SiC、GaAs或者GaN ;所述肖特基金屬I(mǎi)的材料采用鎢、鈦或者鉑。
[0012]本發(fā)明的有益效果為，具有快的反向恢復(fù)時(shí)間、在較短的背面P+集電區(qū)就可以消除snapback現(xiàn)象，且其制備工藝與傳統(tǒng)IGBT器件工藝相兼容。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是傳統(tǒng)的逆導(dǎo)型IGBT器件元胞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明提出的逆導(dǎo)型IGBT器件溝槽柵型元胞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明提出的逆導(dǎo)型IGBT器件平面柵型元胞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是傳統(tǒng)的逆導(dǎo)型IGBT消除snapback現(xiàn)象時(shí)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5是本文所提出的逆導(dǎo)型IGBT消除snapback現(xiàn)象時(shí)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6為本發(fā)明提供的逆導(dǎo)型IGBT，在反向續(xù)流二極管工作模式時(shí)背面電流示意圖；
[0019]圖7為本發(fā)明提供的逆導(dǎo)型IGBT，在正向IGBT工作模式電流較小時(shí)的背面電流示意圖；
[0020]圖8為本發(fā)明提供的逆導(dǎo)型IGBT器件與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的反向恢復(fù)特性的對(duì)比示意圖；
[0021]圖9為本發(fā)明提供的逆導(dǎo)型IGBT器件與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)續(xù)流二極管導(dǎo)通模式下的導(dǎo)通特性對(duì)比示意圖；
[0022]圖10為傳統(tǒng)的逆導(dǎo)型IGBT器件在IGBT模式下的導(dǎo)通特性示意圖；
[0023]圖11為本發(fā)明提供的逆導(dǎo)型IGBT器件與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的IGBT導(dǎo)通特性的對(duì)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明的一種逆導(dǎo)型IGBT器件，如圖2所示，其元胞結(jié)構(gòu)包括N-漂移區(qū)8、位于N-漂移區(qū)8上層的發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)和位于N-漂移區(qū)8下層的集電極結(jié)構(gòu)；所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵，包括柵氧化層7和位于柵氧化層7中的多晶硅柵電極3 ;所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)位于兩個(gè)溝槽柵之間，包括發(fā)射極金屬2、N+發(fā)射區(qū)4、P型基區(qū)5和P+區(qū)6 ;所述N+發(fā)射區(qū)4位于P型基區(qū)5中，N+發(fā)射區(qū)4和P型基區(qū)5與柵氧化層連接；所述P+區(qū)6與P型基區(qū)5連接；所述發(fā)射極金屬2位于N+發(fā)射區(qū)4和P+區(qū)6的上表面；所述集電極結(jié)構(gòu)包括P+集電區(qū)11、N+集電極短路區(qū)12和金屬集電極13 ;所述P+集電區(qū)11和N+集電極短路區(qū)12并列位于金屬集電極13的上表面；所述P+集電區(qū)11和N+集電極短路區(qū)13的上表面與N-漂移區(qū)8之間具有N型電場(chǎng)阻止層9 ;其特征在于，所述P+區(qū)6之間的N-漂移區(qū)8上表面具有肖特基金屬1，所述肖特基金屬I(mǎi)與發(fā)射極金屬2連接；所述集電極結(jié)構(gòu)還包括N-區(qū)10，所述N-區(qū)10位于N型電場(chǎng)阻止層9與N+集電極短路區(qū)12和部分P+集電區(qū)11之間。
[0025]上述方案為柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵時(shí)的器件結(jié)構(gòu)。
[0026]一種逆導(dǎo)型IGBT器件，如圖3所示，其元胞結(jié)構(gòu)包括N-漂移區(qū)8、位于N-漂移區(qū)8上層的發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)和位于N-漂移區(qū)8下層的集電極結(jié)構(gòu)；所述柵極結(jié)構(gòu)為平面柵，包括柵氧化層7和位于柵氧化層7上表面的多晶硅柵電極3 ;所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)，包括發(fā)射極金屬2、N+發(fā)射區(qū)4、P型基區(qū)5和P+區(qū)6 ;所述N+發(fā)射區(qū)4位于P型基區(qū)5中，N+發(fā)射區(qū)4的上表面和P型基區(qū)5的上表面與柵氧化層的下表面連接；所述P+區(qū)6與P型基區(qū)5連接；所述發(fā)射極金屬2位于N+發(fā)射區(qū)4和P+區(qū)6的上表面；所述集電極結(jié)構(gòu)包括P+集電區(qū)11、N+集電極短路區(qū)12和金屬集電極13 ;所述P+集電區(qū)11和N+集電極短路區(qū)12并列位于金屬集電極13的上表面；所述P+集電區(qū)11和N+集電極短路區(qū)13的上表面與N-漂移區(qū)8之間具有N型電場(chǎng)阻止層9 ;其特征在于，所述P+區(qū)6之間的N-漂移區(qū)8上表面具有肖特基金屬1，所述肖特基金屬I(mǎi)與發(fā)射極金屬2連接；所述集電極結(jié)構(gòu)還包括N-區(qū)10，所述N-區(qū)10位于N型電場(chǎng)阻止層9與N+集電極短路區(qū)12和部分P+集電區(qū)11之間。
[0027]本發(fā)