[发明专利]一种逆导型绝缘栅双极晶体管结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种逆导型绝缘栅双极晶体管结构及其制备方法，属于半导体功率器件的技术领域。该结构包括集电极、第二P+掺杂层、N+掺杂层、N+缓冲层、N‑基区、P‑基底、第一P+掺杂层和发射极；N‑基区的上方为P‑基底，N‑基区的下方为N+缓冲层，P‑基底的上方为第一P+掺杂层，第一P+掺杂层的上方形成发射极，逆导型绝缘栅双极晶体管的背面有第二P+掺杂层和N+掺杂层，第二P+掺杂层和N+掺杂层的下方形成集电极，在与P‑基底接近的所述N‑基区上有局域寿命控制区域。本发明可以在不显著增加IGBT制备成本的基础上显著改善逆导型IGBT在二极管模式时的反向恢复特性。

技术领域

本发明属于半导体功率器件的技术领域，特别涉及一种逆导型绝缘栅双极晶体管结构及其制备方法。

背景技术

传统的绝缘栅双极晶体管（IGBT）在承受反向偏压时，集电结反偏而不能导通。所以绝缘栅双极晶体管经常与一个反并联的快恢复二极管一起使用，通过快恢复二极管来为绝缘栅双极晶体管的感性负载提供电流的泄放通道。实际应用中的绝缘栅双极晶体管的单管及模块大多数是由绝缘栅双极晶体管芯片和快恢复二极管芯片共同封装而成的。逆导型绝缘栅双极晶体管是当前国际上一种新型的绝缘栅双极晶体管器件，它是将传统的绝缘栅双极晶体管元胞结构与快恢复二极管元胞结构巧妙集成于同一芯片，提供了一个紧凑的反向电流泄放通道。逆导型绝缘栅双极晶体管节省了芯片面积、封装和测试费用，降低了器件成本。此外，它还具有低的损耗、良好的安全工作区等特性。相对传统绝缘栅双极晶体管器件，逆导型绝缘栅双极晶体管在成本和性能上具有很大优势，加上巨大的市场需求使得逆导型绝缘栅双极晶体管成为国外各大厂商研究的焦点。

然而，逆导型绝缘栅双极晶体管在拥有诸多优点的同时，其结构也有一些固有的问题。由于逆导型绝缘栅双极晶体管的制备工艺兼容于现有的绝缘栅双极晶体管制备工艺，因此逆导型绝缘栅双极晶体管工作在绝缘栅双极晶体管模式时其性能较为优秀，而工作在二极管模式时其特性和理想的快恢复二极管有很大的差别。图1给出了逆导型绝缘栅双极晶体管的结构，其中P-基底、N-基区和N+缓冲层构成了PIN的二极管结构。P-基底的上面的第一P+层用于防止闩锁。绝缘栅双极晶体管的发射极即为快恢复二极管的阳极。在逆导型绝缘栅双极晶体管的背面依次设有第二P+层和N+层，分别作为绝缘栅双极晶体管的集电极和快恢复二极管的阴极。当在发射极（Emitter）和集电极（Collector）之间施加正向电压时，P-基底和N-基区之间的PN结导通，此时逆导型绝缘栅双极晶体管工作在二极管模式。图2给出了逆导型绝缘栅双极晶体管工作在二极管模式时和快恢复二极管正向导通时的载流子浓度分布。为了防止闩锁，正面第二P+掺杂层的浓度不宜过低，因此采用通过降低正面第二P+掺杂层注入效率来降低阳极一侧的载流子浓度的方法也有其局限性。

对于理想的快恢复二极管，正向导通时靠近阴极区域的载流子浓度要大于阳极区域的载流子浓度。当二极管上施加反向电压后，耗尽区从阳极一侧向阴极区域延伸。阴极区域具有更大的载流子浓度可以在整个反向恢复的整个过程中持续提供载流子，此时快恢复二极管具有更小的峰值反向恢复电流Irrm和更软的反向恢复过程，这在电路应用中是非常重要的。更小的Irrm会对另一桥臂的绝缘栅双极晶体管导通瞬间产生更小的冲击电流，而软的反向恢复过程具有更低的电流变化率和更长的反向电流下降时间，因此由回路中的杂散电感产生的冲击电压更小，这对于电路的可靠工作是非常重要的。而逆导型绝缘栅双极晶体管工作在二极管模式时，其载流子浓度分布恰好相反，因此具有较差的反向恢复特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种逆导型绝缘栅双极晶体管结构及其制备方法，解决了现有技术中逆导型绝缘栅双极晶体管反向恢复特性差的技术问题。