CN102779840B - 一种具有终端深能级杂质层的igbt - Google Patents
一种具有终端深能级杂质层的igbt Download PDFInfo
- Publication number
- CN102779840B CN102779840B CN201210249143.7A CN201210249143A CN102779840B CN 102779840 B CN102779840 B CN 102779840B CN 201210249143 A CN201210249143 A CN 201210249143A CN 102779840 B CN102779840 B CN 102779840B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- terminal
- igbt
- drift region
- impurity layer
- ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
一种具有终端深能级杂质层的IGBT，属于半导体功率器件技术领域。本发明在传统Planar FS-IGBT基础上，在终端漂移区（14）注入一层深能级杂质层（15）。所述的深能级杂质层（15），随着器件温度升高，深能级杂质电离度升高，杂质浓度大幅上升，在IGBT关断时，终端漂移区增加的载流子浓度有效减小终端区P+集电区的空穴发射效率，减小寄生PNP管αPNP，从而有效减少器件的高温漏电流；漂移区增加的电子浓度和P+集电区注入的空穴加速复合，而且深能级杂质本身就是复合中心，进一步加速电子空穴的复合，有效改善关断特性，提高IGBT的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于半导体功率器件技术领域，涉及绝缘栅双极性晶体管（IGBT）。
背景技术
IGBT既有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极功率品体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。所以IGBT功率器件的三大特点就是高压、大电流、高速，这是其它功率器件不能比拟的。所以它是电力电子领域非常理想的开关器件，IGBT产品集合了高频、高压、大电流三大技术优势，同时IGBT能够实现节能减排，具有很好的环境保护效益，IGBT广泛应用于电力领域、消费电子、汽车电子、新能源等传统和新兴领域，市场前景非常广阔。IGBT最大的优点是无论在导通状态还是在短路状态都可以承受电流冲击，其不足之处是高压IGBT内阻大，导致导通损耗大，在应用于高（中）压领域时，通常需多个串联，并且过压、过热、抗冲击、抗干扰等承受力较低。
当IGBT正向导通时，正的栅极电压使得沟道开启，发射极电子经过沟道流向漂移区，由于集电极正向偏置，集电区空穴大量涌入漂移区，和漂移区的大量电子发生电导调制效应，从而能使得IGBT相比于VDMOS的导通压降小很多；当IGBT关断时，栅极电压为负电压或者是零电压，发射极电子突然消失，集电极为高电压，大量空穴继续涌向漂移区，形成大的空穴电流，此时IGBT处于反向阻断状态，由于寄生PNP管αPNP随着温度升高而急剧上升，使得IGBT的漏电流随着温度的升高而大幅升高，高温、大的漏电流很容易引起器件的雪崩击穿乃至烧毁。而涌向漂移区的大量空穴除了和电子一部分分别被阳极和阴极快速抽取，另一部分在没有耗尽的底部漂移区内复合从而产生拖尾电流，相比于VDMOS，IGBT关断时间大得多；虽然IGBT有诸多性能优势，但是减少高温漏电流，改善IGBT的关断特性，提高IGBT的可靠性一直是IGBT研究的热点，难点和重点。
发明内容
本发明提供一种具有终端深能级杂质层的IGBT，是在传统Planar FS-IGBT基础上，在终端漂移区内注入一层深能级杂质层，所述终端区深能级杂质层随着温度升高电离度增加，终端区杂质浓度增加，IGBT关断时，可减少PNP管αPNP，有效减少高温漏电流，进而能防止高温、高压、大电流引起的雪崩击穿。而且深能级杂质本身就是复合中心，可有效改善IGBT关断特性，提高IGBT的可靠性。
本发明的技术方案如下：
一种具有终端深能级杂质层的IGBT，其元胞结构如图2所示，包括金属有源发射极1、多晶硅栅电极2、金属集电极3、栅氧化层4、N+有源区5、P型基区6、P型等位环7、多晶硅场板8、金属铝场板9、终端区氧化层10、终端多晶硅场板11、P型场限环12、N+电场截止环13、N-漂移区14、N+电场终止层15，P+集电区16；
器件从底层往上依次是金属集电极3、P+集电区16、N+电场终止层15、N-漂移区14，P型基区6位于N-漂移区14顶部，P型基区6内具有N+有源区5，元胞表面分别与N+有源区5和P型基区6接触的是金属有源发射极1，元胞表面分别与N+有源区5、P型基区6和N-漂移区8接触的是二氧化硅栅氧化层4，二氧化硅栅氧化层4表面是多晶硅栅电极2，多晶硅栅电极2与金属有源发射极1之间填充绝缘介质；
器件终端部分的N-漂移区14中靠近P型基区6的位置处具有P型等位环7，P型等位环7上方具有多晶硅场板8；器件终端部分的N-漂移区14中远离P型基区6的位置处具有N+电场截止环13，N+电场截止环13上方具有第二终端多晶硅场板11；P型等位环7与N+电场截止环13之间的N-漂移区14中具有系列P型场限环12；器件终端表面还分别具有与多晶硅场板8相连的第一金属铝场板9，与系列P型场限环12相连的终端多晶硅场板11和第二金属铝场板（9），与第二终端多晶硅场板11相连的第三金属铝场板9；
所述N-漂移区14的终端部分还注入了一层深能级杂质层17，所述深能级杂质层17在N-漂移区14终端区域内，背面是N+电场终止层15，正上方是P型等位环7、P型场限环12和N+电场截止环13。
需要进一步说明的是，所述的终端漂移区深能级杂质层（15）掺杂元素包括硫、硒、碲、金、铂等；而且终端漂移区深能级杂质层的位置、长度、宽度可调。制作器件时还可用碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅等半导体材料代替体硅。
本发明的工作原理如下：
本发明提供的具有终端深能级杂质层的IGBT，由于终端漂移区的深能级杂质层，可以明显减小高温漏电流，有效防止因高电压、大电流、高温引起的雪崩击穿。且能有效改善关断特性，现以图2，掺硫元素为例，说明其工作原理。
本发明所提供具有终端深能级杂质层的IGBT，在传统Planar FS-IGBT基础上，在终端区域漂移区注入一层深能级杂质层15，利用深能级杂质随着温度升高而电离度增加这一有益特性来改善IGBT的性能。本发明所述的具有终端深能级杂质层的IGBT与传统IGBT一样，当IGBT在正向导通时，由于所述的终端区深能级杂质层不影响IGBT的正向导通特性，所以对器件的正向导通特性没有影响；当IGBT关断时，发射极电子发射突然停止，空穴电流瞬间增大，IGBT处于反向阻断状态，如图1所示的传统IGBT结构此时P型基区向终端漂移区大幅扩展，由于寄生PNP管的αPNP是正温度系数，从而终端产生了持续增大的阳极漏电流，此时IGBT的高电流，高电压，高温很容易引起器件的动态雪崩击穿。但是本发明所述的新型IGBT如图2所示，在IGBT关断时，由于终端漂移区注入一层深能级杂质层结构，器件温度升高，终端漂移区深能级杂质电离度升高，硫电离的电子浓度大幅上升，增加的载流子浓度可明显减小PNP管的αPNP，有效减少高温漏电流，从而能有效防止因阻断状态下的高温、高电压、高电流引起的动态雪崩击穿。漂移区增加的电子浓度和P+发射区注入的空穴加速复合，而且深能级杂质本身就是复合中心，进一步加速电子空穴的复合，可有效改善IGBT的关断特性，极大提高IGBT的可靠性。
综上所述，本发明所提出的具有终端深能级杂质层的IGBT，能有效减少IGBT终端部分高温漏电流，从而有效防止因高温、高电流、高电压而引起的雪崩击穿，有效改善器件关断特性，提高IGBT的可靠性。
附图说明
图1是传统Planar FS-IGBT结构示意图。
图2是本发明提供的具有终端深能级杂质层的IGBT结构示意图。
图3是传统Planar FS-IGBT结构关断时空穴复合与抽取过程示意图。
图4是本发明提供的具有终端深能级杂质层的IGBT关断时空穴复合与抽取过程示意图。
图1至图4中：1是金属有源发射极，2是多晶硅栅电极，3是金属集电极，4是栅氧化层，5是N+有源区，6是P型基区，7是P型等位环，8是等位环上多晶硅场板，9是金属铝场板，10是终端区氧化层，11是终端多晶硅场板，12是P型场限环，13是N+截止环，14是N-漂移区，15是N+电场终止层，16是P+集电区。图3至图4中：+符号表示空穴，-符号表示电子，箭头表示载流子运动方向。
具体实施方案
一种具有终端深能级杂质层的IGBT，其元胞结构如图2所示，包括金属有源发射极1、多晶硅栅电极2、金属集电极3、栅氧化层4、N+有源区5、P型基区6、P型等位环7、多晶硅场板8、金属铝场板9、终端区氧化层10、终端多晶硅场板11、P型场限环12、N+电场截止环13、N-漂移区14、N+电场终止层15，P+集电区16；
器件从底层往上依次是金属集电极3、P+集电区16、N+电场终止层15、N-漂移区14，P型基区6位于N-漂移区14顶部，P型基区6内具有N+有源区5，元胞表面分别与N+有源区5和P型基区6接触的是金属有源发射极1，元胞表面分别与N+有源区5、P型基区6和N-漂移区8接触的是二氧化硅栅氧化层4，二氧化硅栅氧化层4表面是多晶硅栅电极2，多晶硅栅电极2与金属有源发射极1之间填充绝缘介质；
器件终端部分的N-漂移区14中靠近P型基区6的位置处具有P型等位环7，P型等位环7上方具有多晶硅场板8；器件终端部分的N-漂移区14中远离P型基区6的位置处具有N+电场截止环13，N+电场截止环13上方具有第二终端多晶硅场板11；P型等位环7与N+电场截止环13之间的N-漂移区14中具有系列P型场限环12；器件终端表面还分别具有与多晶硅场板8相连的第一金属铝场板9，与系列P型场限环12相连的终端多晶硅场板11和第二金属铝场板（9），与第二终端多晶硅场板11相连的第三金属铝场板9；
所述N-漂移区14的终端部分还注入了一层深能级杂质层17，所述深能级杂质层17在N-漂移区14终端区域内，背面是N+电场终止层15，正上方是P型等位环7、P型场限环12和N+电场截止环13。
需要进一步说明的是，所述的终端漂移区深能级杂质层（15）掺杂元素包括硫、硒、碲、金、铂等；而且终端漂移区深能级杂质层的位置、长度、宽度可调。制作器件时还可用碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅等半导体材料代替体硅。
一种终端具有深能级杂质层的IGBT，其具体实现方法如下，在传统Planar FS-IGBT结构基础上背面注入深能级杂质层时增加一张掩膜板，选取N型<100>晶向区熔单晶衬垫，背面注入深能级杂质层，背面注入FS层，场氧化，P型场限环光刻与注入，光刻有源区，栅氧化，淀积多晶硅，光刻多晶硅，P型基区注入及退火，P+体区注入，N+源区光刻及注入，沉积氧化层，刻引线孔，沉积发射极金属，发射极金属曝光与刻蚀，背面透明集电极注入及退火，背面金属化，钝化等等。
Claims (3)
1.一种具有终端深能级杂质层的IGBT，其元胞结构包括金属有源发射极(1)、多晶硅栅电极(2)、金属集电极(3)、栅氧化层(4)、N+有源区(5)、P型基区(6)、P型等位环(7)、多晶硅场板(8)、金属铝场板(9)、终端区氧化层(10)、终端多晶硅场板(11)、P型场限环(12)、N+电场截止环(13)、N-漂移区(14)、N+电场终止层(15)，P+集电区(16)；
器件从底层往上依次是金属集电极(3)、P+集电区(16)、N+电场终止层(15)、N-漂移区(14)，P型基区(6)位于N-漂移区(14)顶部，P型基区(6)内具有N+有源区(5)，元胞表面分别与N+有源区(5)和P型基区(6)接触的是金属有源发射极(1)，元胞表面分别与N+有源区(5)、P型基区(6)和N-漂移区(14)接触的是二氧化硅栅氧化层(4)，二氧化硅栅氧化层(4)表面是多晶硅栅电极(2)，多晶硅栅电极(2)与金属有源发射极(1)之间填充绝缘介质；
器件终端部分的N-漂移区(14)中靠近P型基区(6)的位置处具有P型等位环(7)，P型等位环(7)上方具有多晶硅场板(8)；器件终端部分的N-漂移区(14)中远离P型基区(6)的位置处具有N+电场截止环(13)，N+电场截止环(13)上方具有第二终端多晶硅场板(11)；P型等位环(7)与N+电场截止环(13)之间的N-漂移区(14)中具有系列P型场限环(12)；器件终端表面还分别具有与多晶硅场板(8)相连的第一金属铝场板(9)，与系列P型场限环(12)相连的终端多晶硅场板(11)和第二金属铝场板(9)，与第二终端多晶硅场板(11)相连的第三金属铝场板(9)；
所述N-漂移区(14)的终端部分还注入了一层深能级杂质层(17)，所述深能级杂质层(17)在N-漂移区(14)终端区域内，背面是N+电场终止层(15)，正上方是P型等位环(7)、P型场限环(12)和N+电场截止环(13)。
2.根据权利要求1所述的具有终端深能级杂质层的IGBT，其特征在于，所述深能级杂质层(15)的掺杂元素包括硫、硒、碲、金或铂。
3.根据权利要求1所述的具有终端深能级杂质层的IGBT，其特征在于，所述深能级杂质层(15)的纵向宽度、横向长度以及在漂移区中的位置可调。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210249143.7A CN102779840B (zh) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | 一种具有终端深能级杂质层的igbt |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210249143.7A CN102779840B (zh) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | 一种具有终端深能级杂质层的igbt |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102779840A CN102779840A (zh) | 2012-11-14 |
| CN102779840B true CN102779840B (zh) | 2014-10-15 |
Family
ID=47124699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210249143.7A Expired - Fee Related CN102779840B (zh) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | 一种具有终端深能级杂质层的igbt |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102779840B (zh) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9351297B2 (en) | 2012-08-27 | 2016-05-24 | Huawei Technologies Co., Ltd. | System and method for a collaborative service set |
| US8907374B2 (en) | 2013-01-30 | 2014-12-09 | Hauwei Technologies Co., Ltd. | Insulated gate bipolar transistor |
| CN103094332B (zh) * | 2013-01-30 | 2016-03-30 | 华为技术有限公司 | 一种绝缘栅双极晶体管 |
| CN104779160B (zh) * | 2014-01-13 | 2018-02-27 | 无锡华润上华科技有限公司 | 一种半导体制造方法 |
| JP2015177041A (ja) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
| CN104332491B (zh) * | 2014-11-05 | 2018-05-22 | 中国东方电气集团有限公司 | 采用金属延伸、多晶截止场板的终端单元结构及制造方法 |
| CN104409479A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-03-11 | 中国东方电气集团有限公司 | 一种电力电子半导体芯片的终端单元结构及其制造方法 |
| CN105185830B (zh) * | 2015-08-28 | 2019-04-19 | 深圳深爱半导体股份有限公司 | 功率晶体管及其结终端结构 |
| CN105185829B (zh) * | 2015-08-28 | 2019-02-12 | 深圳深爱半导体股份有限公司 | 功率晶体管及其制备方法 |
| CN106847835B (zh) * | 2017-04-01 | 2019-12-27 | 厦门天马微电子有限公司 | 一种显示面板、显示面板的制备方法、以及显示装置 |
| CN107425054A (zh) * | 2017-08-07 | 2017-12-01 | 电子科技大学 | 一种功率半导体器件的终端结构 |
| CN107403834A (zh) * | 2017-09-14 | 2017-11-28 | 全球能源互联网研究院 | 具有软关断特性的fs型igbt器件 |
| CN107910356A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-04-13 | 全球能源互联网研究院 | 一种垂直型高压功率器件高效终端结构及其制作方法 |
| CN110808245B (zh) * | 2020-01-07 | 2020-04-21 | 四川立泰电子有限公司 | 一种低电磁干扰功率器件终端结构 |
| CN117116974A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-11-24 | 海信家电集团股份有限公司 | 半导体装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5448092A (en) * | 1991-10-01 | 1995-09-05 | Nippondenso Co., Ltd. | Insulated gate bipolar transistor with current detection function |
| US6163040A (en) * | 1996-03-18 | 2000-12-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thyristor manufacturing method and thyristor |
| CN102005473A (zh) * | 2009-08-28 | 2011-04-06 | 比亚迪股份有限公司 | 具有改进终端的igbt |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3216315B2 (ja) * | 1993-04-02 | 2001-10-09 | 株式会社デンソー | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ |
-
2012
- 2012-07-18 CN CN201210249143.7A patent/CN102779840B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5448092A (en) * | 1991-10-01 | 1995-09-05 | Nippondenso Co., Ltd. | Insulated gate bipolar transistor with current detection function |
| US6163040A (en) * | 1996-03-18 | 2000-12-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thyristor manufacturing method and thyristor |
| CN102005473A (zh) * | 2009-08-28 | 2011-04-06 | 比亚迪股份有限公司 | 具有改进终端的igbt |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JP特开平6-291320A 1994.10.18 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102779840A (zh) | 2012-11-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102779840B (zh) | 一种具有终端深能级杂质层的igbt | |
| CN103383958B (zh) | 一种rc-igbt器件及其制作方法 | |
| CN103413824B (zh) | 一种rc-ligbt器件及其制作方法 | |
| CN103258847B (zh) | 一种双面场截止带埋层的rb-igbt器件 | |
| CN101976687B (zh) | 一种低功耗快恢复金属氧化物半导体二极管 | |
| CN101393928A (zh) | 一种阳极短路的隧道泵igbt | |
| CN103383957B (zh) | 一种逆导型igbt器件 | |
| CN101853878A (zh) | 一种pnp-沟槽复合隔离RC-GCT器件及制备方法 | |
| CN104701380B (zh) | 一种双向mos型器件及其制造方法 | |
| CN102779842A (zh) | 一种变形槽栅介质的cstbt器件 | |
| CN102779839A (zh) | 一种具有深能级杂质注入的绝缘栅双极性晶体管 | |
| CN104409519A (zh) | 一种具有浮岛结构的二极管 | |
| CN102832240A (zh) | 一种集电极终端具有介质层的绝缘栅双极型晶体管 | |
| CN105185826A (zh) | 一种横向rc-igbt器件 | |
| CN109449202A (zh) | 一种逆导双极型晶体管 | |
| CN102306657A (zh) | 一种具有浮空埋层的绝缘栅双极型晶体管 | |
| CN102709317B (zh) | 一种低开启电压二极管 | |
| CN210805778U (zh) | 一种SiC-MOS器件结构 | |
| CN111834449A (zh) | 一种具有背面双mos结构的快速关断rc-igbt器件 | |
| CN101431096A (zh) | 一种soi ligbt器件 | |
| CN109065608B (zh) | 一种横向双极型功率半导体器件及其制备方法 | |
| CN104795438B (zh) | 一种能抑制负阻效应的sa‑ligbt | |
| CN203179900U (zh) | 一种快恢复二极管frd芯片 | |
| CN107134488B (zh) | 一种载流子存储增强的绝缘栅双极型晶体管 | |
| CN217037151U (zh) | 半导体功率器件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: INSTITUTE OF ELECTRONIC AND INFORMATION ENGINEERIN Effective date: 20130320 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130320 Address after: 611731 Chengdu province high tech Zone (West) West source Avenue, No. 2006 Applicant after: University of Electronic Science and Technology of China Applicant after: Institute of Electronic and Information Engineering In Dongguan, UESTC Address before: 611731 Chengdu province high tech Zone (West) West source Avenue, No. 2006 Applicant before: University of Electronic Science and Technology of China |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141015 Termination date: 20150718 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |