[发明专利]一种IGBT及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率半导体器件及其制作方法，具体涉及一种IGBT及其制作方法。

背景技术

在大功率半导体开关器件中，绝缘栅双极型晶体管(即IGBT)正成为主流，它是栅电压控制型器件，驱动电路小，驱动损耗也小。

如图10是现有技术的N沟道IGBT的元胞的结构示意图。一般地，IGBT是由许多互相并联的元胞组成的。以N型沟道IGBT为例，参照图10，在低掺杂的N型(N-型)衬底2(或者N-型漂移区2)的正面通过选择性地注入、扩散形成P-型体区3。为了承受一定的耐压(如1200V)，N-型漂移区2的掺杂浓度较低并且厚度较厚，因此N-型漂移区2的电阻较大。同样地，通过选择性地注入、扩散在P型体区3上形成重掺杂的N型(N+型)发射区4。在N-型漂移层2的背面通过注入形成重掺杂的P型(P+型)集电区1。铝电极8与P型体区3和N+型发射区4接触，通过导线引出制成电极常称为发射极E，铝电极8也称为发射极区8，它与栅极区7是相互绝缘的。所述栅极区7由多晶硅构成、通过绝缘层6与IGBT的功能区连接。所述IGBT功能区包括N-型漂移区2和P型体区3。所述栅极区7通过导线引出制成电极常称为栅极G。IGBT的各个元胞的发射极区8和栅极区7各自电连接。在P+型集电区1的下表面形成集电极区9，它与P+型集电区1形成欧姆接触，通过导线引出制成电极常称为集电极C。此处N、P与附图中n、p是相一致的，只是大小写的区别。

下面阐述上述传统结构的工作原理。在集电极9与发射极区8之间加电压VCE，如果在栅极区7与发射极区8之间加上一个高于开启电压Vth的栅极电压VGE，那么就会在沟道区5形成反型层，即形成沟道，连接N+型发射区4与N-型漂移区2。通过这个沟道，载流子(这时为电子)从发射极区8注入到漂移区2中。由于电子的注入，就在P+型集电区1与N-型漂移区2之间形成的PN结上加上了一个正偏电压，引起空穴载流子从P+型集电区1注入到漂移区2中。结果，N-型漂移区2的电阻大大减小，以至从集电极区9到发射极区8的电流IC迅速增加，也就是说器件导通了。阻止电流IC的电阻常称为导通电阻Ron，Ron＝VCE/IC，IC是集电极电流值。一般地，传统IGBT的电流密度典型值50～150A/cm²。可见，由于空穴的注入大大降低了N-型漂移区2的电阻。

在VGE＝0时，没有沟道形成，这时的VCE由P型体区3与N-型漂移区2形成的PN结承受，由于P体区3比N-型漂移区2的浓度大很多，耗尽层主要向N-型漂移区2延伸。当VCE达到某一值时电流会突然迅速增加，器件发生了击穿。常说的耐压值指的就是电流突然迅速增加时的VCE值。

因此，现有的IGBT存在下面两种问题。

第一个问题是短路电流过大。这种过大的短路电流是由于IGBT在导通状态下外接负载发生短路引起的。在负载短路时，从N+型发射区4通过反型沟道区5向N-型漂移区2注入大量的电子，也从P+型集电区1向N-型漂移区2注入大量的空穴，使得电流迅速增加，直到MOS的沟道夹断而达到饱和电流。IGBT的短路电流一般是工作电流的7～10倍，如果一IGBT工作电流是0.5A，它的短路电流要4A以上，负载短路时IGBT上的电压也大，因此产生的热量会导致半导体装置烧坏。

第二个问题就是传统的IGBT装置很容易发生闩锁现象。IGBT闩锁现象就是IGBT中的寄生晶闸管导通而使导通电流迅速增加的现象。在导通状态时，由于空穴不能从N型沟道通过，而是通过P型体区3绕道到达发射极区8，空穴电流通过P型体区3时产生一个电势差，如果这个电势差超过P型体区3与N+型发射区4形成的PN结的内建电势(常为0.7V)时，该PN结就会导通，从而形成的寄生PNPN管导通，栅极E失去了对集电极电流的控制，使得器件无法关断，通过的大电流很快就使半导体器件烧坏。因为IGBT在关断时耗尽层扫出大量的空穴通过P型体区3抵达发射极区8，所以更容易发生闩锁。

发明内容

本发明主要为解决现有技术中IGBT发生负载短路时，IGBT的饱和电流过大而使IGBT被损坏的问题，提供一种新型的IGBT。

本发明提供的技术方案

一种IGBT，其中，第一导电类型的漂移层中浮置有第二导电类型第一半导体区，所述第二导电类型第一半导体区与漂移层形成结型场效应管，所述第二导电类型第一半导体区与IGBT的发射极电连接。

本发明还提供一种IGBT的制作方法。

上述IGBT的制作方法，其特征在于，包括如下步骤，