Igbt器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及IGBT器件，尤其涉及一種具有空穴通路結(jié)構(gòu)和發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻的IGBT器件。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種常用的功率器件，其結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(VDMOS)器件底部加入P型區(qū)，形成了一種MOS器件和雙極器件的復(fù)合結(jié)構(gòu)。IGBT具有電壓控制、電容輸入、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)電流小、控制電路簡(jiǎn)單、工作溫度高、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。現(xiàn)階段IGBT已經(jīng)成為電力電子設(shè)備的主流器件，在開(kāi)關(guān)電源、整流器、逆變器、UPS等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]IGBT器件發(fā)展至今，經(jīng)歷了穿通(PT)型、非穿通(NPT)型和場(chǎng)截止(FS)型等一系列的演變。IGBT器件的柵極也由早期的平面柵結(jié)構(gòu)發(fā)展到槽柵結(jié)構(gòu)。其中，PT型IGBT器件是在P型重?fù)诫s襯底上生長(zhǎng)外延，形成N型緩沖層和N型漂移區(qū)，隨后通過(guò)一系列光刻、注入、氧化和退火等工藝形成器件的正面結(jié)構(gòu)。NPT型IGBT器件直接在N型襯底上制造正面結(jié)構(gòu)，之后通過(guò)背注入的方法在襯底底部形成較薄的P型集電區(qū)。FS型IGBT器件的P型集電區(qū)也由背注入形成，與NPT型IGBT器件的區(qū)別在于，其P型集電區(qū)之上還存在N型場(chǎng)截止區(qū)。
[0004]隨著制造工藝的發(fā)展，IGBT芯片尺寸不斷縮小，單位面積的元胞數(shù)目增加，導(dǎo)致單位面積的電流密度增加，影響到器件的抗閂鎖能力和短路能力。
[0005]其中，閂鎖現(xiàn)象是IGBT使用過(guò)程一種常見(jiàn)的失效現(xiàn)象，器件內(nèi)部存在由N型漂移區(qū)、P阱和N型發(fā)射區(qū)形成寄生NPN型晶體管，該寄生NPN型晶體管在應(yīng)用環(huán)境下可能開(kāi)啟導(dǎo)致器件進(jìn)入閂鎖狀態(tài)。閂鎖狀態(tài)表現(xiàn)為，集電極電壓達(dá)到引起閂鎖的觸發(fā)電壓后，N型發(fā)射區(qū)底部的空穴電流密度達(dá)到一定程度，形成較高電勢(shì)，引起寄生NPN型晶體管內(nèi)部作為基區(qū)的P阱和N型發(fā)射區(qū)形成的二極管導(dǎo)通，寄生晶體管開(kāi)啟而發(fā)生閂鎖，使得IGBT柵極無(wú)法關(guān)斷電流，最終導(dǎo)致器件燒毀。
[0006]IGBT器件的短路能力為器件工作在高電壓情況時(shí)，柵極和源極兩端突然施加較大的開(kāi)啟電壓，產(chǎn)生很大的集電極電流，如果不能有效散熱，會(huì)造成IGBT失效。在工作電壓確定的情況下，IGBT器件的短路能力與器件的飽和電流有關(guān)，飽和電流較小時(shí)，器件短路瞬間功率越小，產(chǎn)生的熱量越少，器件越能夠有效進(jìn)行散熱，短路能力越強(qiáng)。
[0007]IGBT器件的元胞采用空穴通路結(jié)構(gòu)將能夠有效提高IGBT器件的抗閂鎖能力?？昭ㄍ方Y(jié)構(gòu)起分流空穴電流的作用，此結(jié)構(gòu)IGBT器件只有柵極的一側(cè)存在N型發(fā)射區(qū)，大部分空穴電流直接由P阱流入，經(jīng)過(guò)高濃度的P型注入?yún)^(qū)，最后從發(fā)射極電極流出，不會(huì)引起器件內(nèi)部寄生NPN型晶體管開(kāi)啟。只有少部分空穴電流從N型發(fā)射區(qū)下方流過(guò)，減小了N型發(fā)射區(qū)下方空穴電流密度，寄生NPN型晶體管內(nèi)部P阱和N型發(fā)射區(qū)形成的二極管不容易開(kāi)啟，從而增加寄生NPN型晶體管開(kāi)啟難度，從而提高了器件抗閂鎖能力。該結(jié)構(gòu)允許IGBT器件的集電極流過(guò)更多空穴電流。但是，由于二極管開(kāi)啟電壓具有負(fù)溫系數(shù)，隨著器件溫度的升高，抗閂鎖能力將逐漸減弱。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題是提供一種IGBT器件，能夠同時(shí)改善空穴電流和電子電流，提高常溫與高溫環(huán)境下IGBT器件的抗閂鎖能力和短路能力。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種IGBT器件，所述IGBT器件具有空穴通路結(jié)構(gòu)，所述IGBT器件的發(fā)射區(qū)與所述IGBT器件的發(fā)射極金屬電極之間串聯(lián)有發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻具有正溫度系數(shù)。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻包括N型電阻區(qū)，該N型電阻區(qū)的一端與所述發(fā)射區(qū)連通，另一端與所述發(fā)射極金屬電極電接觸。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述發(fā)射區(qū)和N型電阻區(qū)在同一離子注入工藝中形成。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述IGBT器件的版圖平面具有相互垂直的X方向和Y方向，所述IGBT器件包括:
[0014]多個(gè)柵極，在版圖平面內(nèi)沿Y方向延伸；
[0015]所述發(fā)射區(qū)，在版圖平面內(nèi)沿Y方向延伸，且位于相鄰柵極之間；
[0016]N型電阻區(qū)，在版圖平面內(nèi)沿Y方向延伸，且位于相鄰柵極之間；
[0017]其中，在X方向上，所述發(fā)射區(qū)位于相鄰柵極之間靠近其中一個(gè)柵極的一側(cè)，相鄰柵極之間靠近另一個(gè)柵極的一側(cè)留作空穴通路的一部分；在Y方向上，所述N型電阻區(qū)的一端與所述發(fā)射區(qū)連通，另一端與所述發(fā)射極金屬電極電接觸。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述IGBT器件為PT型平面柵IGBT器件，所述IGBT器件包括:
[0019]P型集電區(qū)；
[0020]N型緩沖層，位于所述P型集電區(qū)的正面；
[0021]N型漂移區(qū)，位于所述N型緩沖層上；
[0022]柵介質(zhì)層，位于所述N型漂移區(qū)上；
[0023]多個(gè)柵極，位于所述柵介質(zhì)層上；
[0024]P阱，位于相鄰柵極之間的N型漂移區(qū)內(nèi)；
[0025]所述發(fā)射區(qū)，位于所述P阱內(nèi)靠近其中一個(gè)柵極的一側(cè)，所述P阱內(nèi)靠近另一個(gè)柵極的一側(cè)留作空穴通路的一部分
[0026]N型電阻區(qū)，位于所述P阱內(nèi)，其一端與所述發(fā)射區(qū)連通，另一端經(jīng)由通孔與所述發(fā)射極金屬電極電接觸，所述N型電阻區(qū)作為所述發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻。
[0027]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述IGBT器件為NPT型平面柵IGBT器件，包括:
[0028]P型集電區(qū)；
[0029]N型漂移區(qū)，位于所述P型集電區(qū)的正面；
[0030]柵介質(zhì)層，位于所述N型漂移區(qū)上；
[0031]多個(gè)柵極，位于所述柵介質(zhì)層上；
[0032]P阱，位于相鄰柵極之間的N型漂移區(qū)內(nèi)；
[0033]所述發(fā)射區(qū)，位于所述P阱內(nèi)靠近其中一個(gè)柵極的一側(cè)，所述P阱內(nèi)靠近另一個(gè)柵極的一側(cè)留作空穴通路的一部分
[0034]N型電阻區(qū)，位于所述P阱內(nèi)，其一端與所述發(fā)射區(qū)連通，另一端經(jīng)由通孔與所述發(fā)射極金屬電極電接觸，所述N型電阻區(qū)作為所述發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻。
[0035]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述IGBT器件為FS型平面柵IGBT器件，包括:
[0036]P型集電區(qū)；
[0037]N型場(chǎng)截止區(qū)，位于所述P型集電區(qū)的正面；
[0038]N型漂移區(qū)，位于所述N型場(chǎng)截止區(qū)上；
[0039]柵介質(zhì)層，位于所述N型漂移區(qū)上；
[0040]多個(gè)柵極，位于所述柵介質(zhì)層上；
[0041]P阱，位于相鄰柵極之間的N型漂移區(qū)內(nèi)；
[0042]所述發(fā)射區(qū)，位于所述P阱內(nèi)靠近其中一個(gè)柵極的一側(cè)，所述P阱內(nèi)靠近另一個(gè)柵極的一側(cè)留作空穴通路的一部分
[0043]N型電阻區(qū)，位于所述P阱內(nèi)，其一端與所述發(fā)射區(qū)連通，另一端經(jīng)由通孔與所述發(fā)射極金屬電極電接觸，所述N型電阻區(qū)作為所述發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻。
[0044]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述IGBT器件為PT型槽柵IGBT器件，包括:
[0045]P型集電區(qū)；
[0046]N型緩沖區(qū)，位于所述P型集電區(qū)的正面；
[0047]N型漂移區(qū)，位于所述N型緩沖區(qū)上；
[0048]多個(gè)溝槽，形成于所述N型漂移區(qū)的正面；
[0049]柵介質(zhì)層，覆蓋在所述溝槽的底部和側(cè)壁；
[0050]多個(gè)柵極，填充在所述溝槽內(nèi)且位于所述柵介質(zhì)層上；
[0051]P阱，位于相鄰溝槽之間的N型漂移區(qū)內(nèi)；
[0052]所述發(fā)射區(qū)，位于所述P阱內(nèi)靠近其中一個(gè)溝槽的一側(cè)，所述P阱內(nèi)靠近另一個(gè)柵極的一側(cè)留作空穴通路的一部分
[0053]N型電阻區(qū)，位于所述P阱內(nèi)，其一端與所述發(fā)射區(qū)連通，另一端經(jīng)由通孔與所述發(fā)射極金屬電極電接觸，所述N型電阻區(qū)作為所述發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻。
[0054]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述IGBT器件為NPT型槽柵IGBT器件，包括:
[0055]P型集電區(qū)；
[0056]N型漂移區(qū)，位于所述P型集電區(qū)的正面；
[0057]多個(gè)溝槽，形成于所述N型漂移區(qū)的正面；
[0058]柵介質(zhì)層，覆蓋在所述溝槽的底部和側(cè)壁；
[0059]多個(gè)柵極，填充在所述溝槽內(nèi)且位于所述柵介質(zhì)層上；
[0060]P阱，位于相鄰溝槽之間的N型漂移區(qū)內(nèi)；
[0061 ] 所述發(fā)射區(qū)，位于所述P阱內(nèi)靠近其中一個(gè)溝槽的一側(cè)，所述P阱內(nèi)靠近另一個(gè)柵極的一側(cè)留作空穴通路的一部分；
[0062]N型電阻區(qū)，位于所述P阱內(nèi)，其一端與所述發(fā)射區(qū)連通，另一端經(jīng)由通孔與所述發(fā)射極金屬電極電接觸，所述N型電阻區(qū)作為所述發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻。
[0063]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述IGBT器件為FS型槽柵IGBT器件，包括:
[0064]P型集電區(qū)；
[0065]N型場(chǎng)截止區(qū)，位于所述P型集電區(qū)的正面；
[0066]N型漂移區(qū)，位于所述N型場(chǎng)截止區(qū)的正面；
[0067]多個(gè)溝槽，形成于所述N型漂移區(qū)的正面；
[0068]柵介質(zhì)層，覆蓋在所述溝槽的底部和側(cè)壁；
[0069]多個(gè)柵極，填充在所述溝槽內(nèi)且位于所述柵介質(zhì)層上；
[0070]P阱，位于相鄰溝槽之間的N型漂移區(qū)內(nèi)；
[0071 ] 所述發(fā)射區(qū)，位于所述P阱內(nèi)靠近其中一個(gè)溝槽的一側(cè)，所述P阱內(nèi)靠近另一個(gè)柵極的一側(cè)留作空穴通路的一部分；
[0072]N型電阻區(qū)，位于所述P阱內(nèi)，其一端與所述發(fā)射區(qū)連通，另一端經(jīng)由通孔與所述發(fā)射極金屬電極電接觸，所述N型電阻區(qū)作為所述發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻。
[0073]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述IGBT器件還包括:P型注入?yún)^(qū)，位于所述P阱內(nèi)，所述P型注入?yún)^(qū)包圍所述N型電阻區(qū)并包圍所述發(fā)射區(qū)的一部分。
[0074]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述IGBT器件還包括:集電區(qū)底部金屬電極，位于所述P型集電區(qū)的背面，與所述P型集電區(qū)電接觸。
[0075]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述IGBT器件還包括:介質(zhì)層，覆蓋所述柵極和N型漂移層，所述通孔形成于所述介質(zhì)層中。
[0076]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0077]本實(shí)用新型實(shí)施例的IGBT器件在傳統(tǒng)的空穴通路結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，IGBT器件的發(fā)射區(qū)與發(fā)射極金屬電極之間串聯(lián)有發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻，該發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻優(yōu)選為具有正溫度系數(shù)。寄生NPN型晶體管中由P阱和N型發(fā)射區(qū)形成的二極管的開(kāi)啟電壓隨溫度升高而降低，采用正溫度系數(shù)的發(fā)射區(qū)鎮(zhèn)流電阻可以對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，避免二極管的過(guò)早開(kāi)啟，從而提高IGBT器件的抗閂鎖能力。
【附圖說(shuō)明】
[0078]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的IGBT器件的元胞版圖結(jié)構(gòu)示意圖；
[0079]圖2是該IGBT器件為平面柵結(jié)構(gòu)的PT型IGBT器件時(shí)，圖1沿AA’方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0080]圖3是該IGBT器件為平面柵結(jié)構(gòu)的NPT型IGBT器件時(shí)，圖1沿AA’方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0081]圖4是該IGBT器件為平面柵結(jié)構(gòu)的FS型IGBT器件時(shí)，圖1沿AA’方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0082]圖5是該IGBT器件為槽柵結(jié)構(gòu)的PT型IGBT器件時(shí)，圖1沿AA’方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0083]圖6是該IGBT器件為槽柵結(jié)構(gòu)的NT型IGBT器件時(shí)，圖1沿AA’方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0084]圖7是該IGBT器件為槽柵結(jié)