[发明专利]一种具有正温度系数发射极镇流电阻的IGBT器件

说明书

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）。

背景技术

半导体功率器件是电力电子系统进行能量控制和转换的基本电子元器件，电力电子技术的不断发展为半导体功率器件开拓了广泛的应用领域。以IGBT、VDMOS、CoolMOS为标志的MOS型半导体功率器件是当今电力电子领域器件的主流，其中，最具代表性的半导体功率器件当属IGBT。

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）是一种电压控制的MOS/BJT复合型器件。从结构上，IGBT的结构与VDMOS极为相似，只是将VDMOS的N⁺衬底调整为P⁺衬底，但是引入的电导调制效应克服了VDMOS本身固有的导通电阻与击穿电压的矛盾，从而使IGBT同时具有双极型功率晶体管和功率MOSFET的主要优点：输入阻抗高、输入驱动功率小、导通压降低、电流容量大、开关速度快等。正是由于IGBT独特的、不可取代的性能优势使其自推出实用型产品便在诸多领域得到广泛的应用，例如：新能源技术、以动车、高铁为代表的先进交通运输工具、混合动力汽车、办公自动化以及家用电器等领域。在倡导低碳环保的资源节约型社会需求下，IGBT作为高性能、高效率的开关控制元器件，得到更多的重视与发展，并且对安全性、可靠性、智能化提出了更高的要求。

具有发射极镇流电阻的IGBT器件（简称为EBR结构IGBT，其中EBR指Emitter Ballast Resistance，即发射极镇流电阻），通过由一定长度的远离发射极金属接触孔的条状N⁺发射区引入发射极镇流电阻，并加以版图的改进，降低饱和电流。这样可以有效地提高IGBT的短路和抗闩锁能力。EBR-IGBT结构的版图单元、纵向结构图分别如图1、2、3所示。然而传统EBR-IGBT结构中，发射极镇流电阻是由远离发射极金属接触孔的条状N⁺发射区形成，因为N⁺发射区掺杂浓度较高，迁移率主要有电离杂质散射作为主导，该电阻值通常呈现负温度系数。在小电流低温条件下，EBR电阻值较大，会增大IGBT功率器件的导通损耗，而在高温大电流条件下，EBR电阻值变小，又起不到抑制IGBT器件闩锁的效果。因此需要设计一种具有正温度系数电阻的EBR结构的IGBT器件，在小电流情况下，电阻值很小，正向压降很低，大电流情况下，电阻值变大，能够有效降低器件饱和电流，抑制IGBT器件PNPN结构的开启。本发明以此为契机，提出了一种具有正温度系数电阻的EBR-IGBT，使器件随着温度的升高，EBR电阻增大，能够有效的限制器件饱和电流，提高器件的短路和抗闩锁能力。

发明内容

在传统EBR结构IGBT中，发射极镇流电阻由距离发射极接触区较远的条状N⁺发射区构成，该电阻值通常呈现负温度系数特性，即：温度越高，电阻值越小，IGBT的饱和电流增大，因此，短路能力在高温环境下将显著减弱。本发明提出一种具有正温度系数发射极镇流电阻的IGBT器件，通过在N⁺发射区内引入深能级受主杂质，形成深能级杂质注入的N⁺发射区。所述深能级杂质注入的N⁺发射区，在大电流情况下，器件温度升高，杂质电离度增大，电离后的杂质成为带电中心，对载流子起散射作用，使载流子迁移率减小，EBR有效电阻增大；采用受主深能级杂质，电离后产生的空穴可以对N型杂质有一定的补偿作用，也可以增大EBR电阻。这样就实现了正温度系数电阻的EBR结构，随温度升高，IGBT发射极镇流电阻增大，提高IGBT的抗闩锁能力。

本发明的技术方案如下：