[发明专利]一种提高短路鲁棒性的IGBT及其制备方法

说明书

本发明公开了一种提高短路鲁棒性的IGBT及其制备方法，属于高压电力电子技术领域。包括第二导电类型掺杂的发射区、第一导电类型掺杂的基区和半绝缘区，第二导电类型掺杂的发射区位于半绝缘区顶部，第一导电类型掺杂的基区位于第二导电类型掺杂的发射区和半绝缘区一侧。半绝缘区是先采用离子注入第二导电类型的杂质实现反掺杂形成电中性层，然后依靠离子注入两性杂质元素形成半绝缘区。通过减小IGBT寄生晶体管存在的区域，解决短路条件下常规IGBT寄生晶体管开启所带来的电流失控而引起的“热奔”问题，能显著提高IGBT在短路状态下的鲁棒性，增强IGBT的短路抵御时间和临界短路能量，并适当提高IGBT的击穿电压。

技术领域

本发明涉及高压电力电子技术领域，尤其涉及一种提高短路鲁棒性的IGBT及其制备方法。

背景技术

随着功率变换装置性能要求的不断提高，对承担功率变换功能的IGBT器件提出了更高的要求，其中之一是在功率变换装置发生负载短路时，承担功率变换功能的IGBT器件应该具有一定抗短路能力，也即是具有较高的鲁棒性，在保护电路能够介入之前，IGBT能够短时间承担短路条件下很高的电流应力，因而短路条件下鲁棒性的高低是体现IGBT性能优劣的重要指标之一。

研究发现IGBT体内有一个天然的寄生三极管(BJT)，这个BJT由组成图1的IGBT的第二导电类型掺杂的发射区(21)、第一导电类型掺杂的基区(22)、第二导电类型掺杂的漂移区(12)构成，当IGBT导通时，电流从漂移区(12)到发射区(21)流经基区(22)会产生压降，这个压降抬升了BJT的基极电位，使BJT的发射结正偏，从而增加了寄生BJT导通的几率，而寄生BJT的导通，极大增加了IGBT的漏电流，IGBT内的温度迅速上升，最后使得IGBT出现“热奔”而烧毁。

提高IGBT的鲁棒性，可以依靠增大芯片面积的方法来减小芯片内的电流密度，这样可以降低IGBT基区内的横向压降，从而降低寄生BJT导通的几率，但是这种方法增加了成本，对制备工艺也提出了更高的要求，并增加了驱动电路的复杂性、降低了芯片的功率密度。

中国实用新型专利，授权公告号：CN203481234U，授权公告日：2014.03.12，公开了一种低温下操作时能够获得良好短路鲁棒性的IGBT器件，该IGBT器件的特点是场终止区为深能级掺杂，对于低温操作，深能级掺杂区中的深能级掺杂原子在场终止区的非耗尽层中的活性相对低，从而射极效率在较低的温度可以被选择为相对高，而与较高的操作温度相比，在较低的温度，射极效率通常明显较低，从而既可以保证在IGBT较高操作温度下断开期间功率损耗较低，也能够获得良好的短路鲁棒性。该发明是通过在较低的操作低温时选择相对较高的发射效率，相对软的断开特性和在低温下良好的短路鲁棒性，以及在高温下的不太高的断开损耗。降低发射效率的温度依赖特性，使得短路发生时发射效率基本不发生变化，从而显著降低IGBT高温下的漏电流、获得较低的操作温度来提高鲁棒性。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中IGBT短路时失效快的问题，本发明提出一种提高短路鲁棒性的IGBT及其制备方法。它可以大幅提高IGBT的短路生存时间，大幅提高其鲁棒性，大幅提高IGBT变换器装置的可靠性。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种提高短路鲁棒性的IGBT，包括第二导电类型掺杂的发射区、第一导电类型掺杂的基区和半绝缘区，第二导电类型掺杂的发射区位于半绝缘区顶部，第一导电类型掺杂的基区位于第二导电类型掺杂的发射区和半绝缘区一侧。

优选地，第一导电类型掺杂的基区的深度与第二导电类型掺杂的发射区和半绝缘区高度之和相等。

精确控制第一导电类型掺杂的基区所形成的导电沟道的有效宽度，不因半绝缘区222的引入而发生变化，确保IGBT的阈值电压、导通电阻、跨导、输出特性等参数不因半绝缘区222的引入而发生变化。