[发明专利]绝缘栅双极晶体管及其制作方法、IPM模块、以及空调器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法、IPM模块以及空调器。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)是由双极三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET器件的高输入阻抗和电力晶体管(即巨型晶体管，简称GTR)的低导通压降两方面的优点，由于IGBT具有驱动功率小而饱和压降低的优点，目前IGBT作为一种新型的电力电子器件被广泛应用到各个领域。

绝缘栅双极晶体管的集电极的载流子注入效率和抽取效率很大程度上决定着器件的导通压降和开关特性。现有技术中通常通过增加所述绝缘栅双极晶体管的集区的掺杂浓度来提高载流子注入效率，从而降低所述绝缘栅双极晶体管的导通压降，但是较高的集区的掺杂浓度不利于器件关断时载流子的抽取速度，导致器件的关断时间较长。同样的，如果降低所述绝缘栅双极晶体管的集区的掺杂浓度，器件的关断时间会降低，但导通压降会增加。

因此，如何在不增加器件的关断时间的同时降低导通压降，或在不增加器件的导通压降的同时降低器件关断时间成为研究人员的努力方向。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法、IPM模块以及空调器，旨在同时降低所述绝缘栅双极晶体管的关断时间和导通压降。

为实现上述目的，本发明提出的一种绝缘栅双极晶体管，包括:

半导体衬底，半导体衬底具有相对的第一表面和第二表面；

形成在所述半导体衬底第一表面的漂移区及有源区，以及形成在所述半导体衬底第二表面的集电极区；

所述集电极区包括沿所述半导体衬底的厚度方向与所述漂移区依次连接的所述第一集电极层、第二集电极层、第三集电极层及集电极金属层；所述第三集电极层的掺杂浓度大于所述第二集电极层的掺杂浓度，且小于所述第一集电极层的掺杂浓度。

优选地，所述有源区包括栅极区、阱区以及发射极区，所述发射极区嵌入设置在所述阱区中，所述栅极区自所述发射极区延伸至所述漂移区，所述阱区连接所述发射极区和所述漂移区；所述漂移区与所述集电极区连接。

优选地，所述第一集电极层的掺杂浓度在1*10¹⁸/cm^-3～1*10²¹/cm^-3之间。

优选地，所述第三集电极层的掺杂浓度在1*10¹⁷/cm^-3～9*10²⁰/cm^-3之间。

优选地，所述第一集电极层的厚度与所述集电极总厚度之比在1：20～1:5之间。

优选地，所述集电极的厚度为0.4um～0.6um。

优选地，所述发射极区的掺杂浓度大于或等于1*10¹⁷/cm^-3～1*10¹⁸cm^-3；所述阱区的掺杂浓度小于等于1*10¹⁷/cm^-3；所述漂移区的掺杂浓度为1*10¹⁴/cm-3～6*10¹⁴/cm^-3。

优选地，所述阱区的厚度为2.5um～4.0um；所述阱区的厚度与所述发射极区的厚度之差为1um～2um。

本发明还提出一种IPM模块，包括如上所述的绝缘栅双极晶体管；所述绝缘栅双极晶体管，包括:半导体衬底，半导体衬底具有相对的第一表面和第二表面；形成在所述半导体衬底第一表面的漂移区及有源区，以及形成在所述半导体衬底第二表面的集电极区；所述集电极区包括沿所述半导体衬底的厚度方向与所述漂移区依次连接的所述第一集电极层、第二集电极层、第三集电极层及集电极金属层；所述第三集电极层的掺杂浓度大于所述第二集电极层的掺杂浓度，且小于所述第一集电极层的掺杂浓度。

本发明还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的绝缘栅双极晶体管，和/或包括如上所述的IPM模块。

本发明还提出一种绝缘栅双极晶体管的制作方法，所述绝缘栅双极晶体管的制作方法包括以下步骤：

S0：准备半导体衬底，半导体衬底具有相对的第一表面和第二表面；

S1：在半导体衬底的第一表面上制作绝缘栅双极晶体管的有源区；