[发明专利]具有嵌入式发射极短路触点的快速切换IGBT及其制作方法

说明书

本发明涉及具有嵌入式发射极短路触点的快速切换IGBT及其制作方法。呈现了具有带一体发射极短路的高压IGBT的集成电路，以及制造工艺，该制造工艺采用晶片接合或者生长外延硅，用于受控的漂移区厚度和较快的切换速度。

技术领域

本公开涉及集成电路领域，更具体地涉及具有嵌入式发射极短路触点的快速切换绝缘栅双极晶体管（IGBT）器件。

背景技术

IGBT包括双极晶体管和MOSFET。双极发射极位于器件的底部（尽管在多种描述中，底部端子有时称为“集电极”，其中IGBT高电压端子（IGBT集电极）连接至充当集成双极晶体管的发射极的区域），并操作以将少数载流子注入到双极基极中，从而用空穴和电子的等离子体填充这块区域，以有助于高电流密度。IGBT中的双极导电在每单位面积的电流方面提供了优势，但在切换速度方面导致了劣势。在电流停止流动之后，空穴-电子等离子体中过量的载流子不会即刻消失，器件无法返回到关闭状态且支持低泄露的高电压，直到过量的载流子消失。因此，如果器件是针对快速切换而设计的，则有必要建立一种机制，以快速移除过量载流子。

在具有与一种导电类型的基极区相邻的相反的导电类型的发射极区的双极器件中，电流同时由空穴和电子承载。在导电期间，发射极将其多数载流子作为少数载流子注入到基极区中。这些少数载流子进入到基极中允许等量的基极多数载流子进入，并且因此基极区中的总载流子浓度可以迅速超过基极掺杂浓度。结果是对基极区进行电导率调制，其中与背景值相比，基极电导率变得非常大，电阻率变得非常小。这种电导率调制的双极导电有利地允许器件承载比类似的单级器件高得多的电流密度。在IGBT中，发射极操作以将载流子发射到双极基极处的电压支持区域中，并且可以使用将发射极连接至基极的发射极短路触点用于移除过量的载流子从而快速关闭器件，以此构造快速切换IGBT。一般而言，可以在发射极和基极之间提供电阻器或低阻抗触点，与发射极-基极结平行。这种发射极-基极分流电阻器可以在外部连接，或者在结构的内部构造。

过量的载流子可以因此从基极区快速移除从而中断电流流动，以便进行快速切换应用。实现上述效果的一种方式是生成复合中心，以提供空穴和电子能够复合的中间带能量水平。复合中心可以通过用重金属（例如金或铂金）掺杂晶体而提供，或者通过用高能中子、质子、电子或伽马射线轰击晶体从而产生局部损伤部位而提供。短路发射极具有超过复合中心的若干优势。复合中心在高载流子密度下移除载流子的效率比在低密度下移除载流子的效率高，而发射极短路在低载流子密度下更有效，低载流子密度是切换期间的状况。随着载流子密度增加，更多的载流子与复合中心相遇并复合，但是这限制了电导率调制的水平，并因此增加了导通电压。发射极短路在低载流子密度下具有更好的作用。当电流足够低，使得发射极短路电阻器上的电压降小于结的内建偏移电压0.6-0.8V时，几乎所有的多数载流子流过短路触点或电阻器，而不是穿过结并且注入少数载流子。仅使用复合中心，多数载流子继续穿过结并且注入少数载流子，即使下降到非常低的电流水平，由此减慢了器件的关闭。使用发射极短路，在短路电阻器两端的电压降一下降到低于0.6-0.8V时，少数载流子注入就会停止。因此发射极短路减小了低电流增益，而对高电流增益仅有很小的影响。

高压IGBT器件用于切换高压电力，并且一些应用对于开启和关闭均要求快速切换时间。对于给定的切换速度，用发射极短路制作的IGBT在低电流水平和高电流水平下均可以具有比仅用复合中心制作的IGBT低的导通电压。然而，具有高切换速度的高压器件需要控制漂移区厚度，而常规技术针对具有实现高速切换所需的相当薄的漂移区的器件无法提供背面处理以生成发射极短路。

发明内容

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