肖特基勢壘高電流密度igbt器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大功率電力半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種肖特基勢皇高電流密度絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，簡稱IGBT)器件。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率電力半導(dǎo)體開關(guān)器件在工業(yè)電機(jī)節(jié)能、新能源發(fā)電、輸變電、電能質(zhì)量，軌道交通、冶金、化工、新能源汽車及國防等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域正面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，是建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。對晶閘管和絕緣柵雙極型晶體管IGBT等大功率電力半導(dǎo)體開關(guān)器件的性能要求一般包括:高電壓(1200至10000伏特)，大電流(150至5000安培)，低導(dǎo)通及開關(guān)功耗，良好的開關(guān)可控性，較大的安全工作區(qū)，良好的扛沖擊能力和長期可靠性。而現(xiàn)有的大功率電力半導(dǎo)體開關(guān)器件存在以下不足:
[0003]1、大功率晶閘管，包括門極關(guān)斷晶閘管(Gate-Turn-Off Thyristor，簡稱GT0) —般能夠提供高電壓，大電流，低導(dǎo)通功耗，良好的導(dǎo)熱性能及耐熱沖擊能力。但是晶閘管的缺點(diǎn)在于有限的開關(guān)可控性和安全工作區(qū)，較大的開關(guān)功耗，以及復(fù)雜的短路保護(hù)電路要求，其換流技術(shù)普遍存在開關(guān)頻率低、諧波高、體積大、動態(tài)響應(yīng)差、容易產(chǎn)生換相失誤等缺點(diǎn)。晶閘管的這些缺點(diǎn)限制了大容量電力電子換流器設(shè)計(jì)的效率，工作頻率，體積及成本。
[0004]2、集成門極換流晶閘管(Integrated Gate Commutated Thyristors，簡稱 IGCT)在GTO的基礎(chǔ)上增加了集成門極換流電路，在保持晶閘管的高電壓，大電流，低導(dǎo)通功耗，良好的導(dǎo)熱性能及耐熱沖擊能力的同時，改善了器件的安全工作區(qū)，提高了系統(tǒng)的工作頻率。但是IGCT仍存在著晶閘管有限的開關(guān)可控性、開關(guān)頻率低和復(fù)雜的短路保護(hù)電路等弱點(diǎn)，另外IGCT集成門極換流電路增加了制造成本。
[0005]3、絕緣柵雙極型晶體管IGBT是國際上公認(rèn)的電力電子技術(shù)第三次革命的最具代表性的產(chǎn)品，是目前電力電子技術(shù)領(lǐng)域中最具有優(yōu)勢的功率器件之一。IGBT能夠提供高工作電壓，低開關(guān)功耗，簡單的門極電壓控制，良好的開關(guān)可控性和安全工作區(qū)以及簡單的短路保護(hù)措施等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛的應(yīng)用于高頻中小容量的電力電子系統(tǒng)。典型的IGBT集成了雙極性晶體管(Bipolar Junct1n Transistor，簡稱BJT)和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，簡稱 M0SFET)的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)和場控開關(guān)的優(yōu)勢，但是其中的BJT組成部分的分流作用引起IGBT的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)大為減弱，從而導(dǎo)致其電流密度和飽和壓降仍然遠(yuǎn)遜于晶閘管和IGCT。
[0006]近年來，包括碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)和人造金剛石在內(nèi)的寬禁帶電力半導(dǎo)體器件成為國內(nèi)外研宄的熱點(diǎn)，由于受材料缺陷和工藝的限制可控寬禁帶半導(dǎo)體器件的研宄目前仍處于小電流密度概念性器件的試驗(yàn)階段。因此，充分發(fā)揮新型結(jié)構(gòu)器件在硅和碳化硅等大容量電力電子應(yīng)用領(lǐng)域的潛力仍是一個具有重要意義的課題。
[0007]鑒于此，如何在保持IGBT高工作電壓，簡單門極電壓控制，良好的開關(guān)可控性和安全工作區(qū)以及簡單的短路保護(hù)措施等方面優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上提高IGBT的電流密度，增強(qiáng)IGBT電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，提高電流導(dǎo)通能力成為目前需要解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種肖特基勢皇高電流密度IGBT器件，能夠在保持IGBT高工作電壓，簡單門極電壓控制，良好的開關(guān)可控性和安全工作區(qū)以及簡單的短路保護(hù)措施等方面優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上提高IGBT的電流密度，增強(qiáng)IGBT電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，提高電流導(dǎo)通能力。
[0009]第一方面，本發(fā)明提供一種肖特基勢皇高電流密度IGBT器件，包括:P型基區(qū)、多晶硅柵極區(qū)、與所述P型基區(qū)的下表面接觸的N-型摻雜漂移區(qū)及與所述N-型摻雜漂移區(qū)的下表面接觸的第一器件，其特征在于，還包括:
[0010]與所述P型基區(qū)的上表面接觸的肖特基勢皇區(qū)和N+型摻雜源區(qū)；
[0011]與所述肖特基勢皇區(qū)和N+型摻雜源區(qū)的上表面均接觸的發(fā)射極金屬區(qū)；
[0012]所述多晶硅柵極區(qū)與所述N-型摻雜漂移區(qū)、所述P型基區(qū)、所述N+型摻雜源區(qū)和所述發(fā)射極金屬區(qū)之間具有柵極氧化層。
[0013]可選的，所述第一器件包括:
[0014]與所述N-型摻雜漂移區(qū)的下表面接觸的N型摻雜電場截止區(qū)；
[0015]與所述N型摻雜電場截止區(qū)的下表面接觸的P+型集電區(qū)；
[0016]與所述P+型集電區(qū)的下表面接觸的集電極金屬區(qū)。
[0017]可選的，所述發(fā)射極金屬區(qū)和所述集電極金屬區(qū)的材料為鋁、或者銅。
[0018]可選的，所述發(fā)射極金屬區(qū)和所述集電極金屬區(qū)的材料為合金。
[0019]可選的，所述柵極氧化層為氧化硅層
[0020]可選的，所述肖特基勢皇區(qū)為輕摻雜N型區(qū)。
[0021]可選的，所述肖特基勢皇高電流密度IGBT器件的半導(dǎo)體材料為硅、或者碳化硅。
[0022]可選的，所述肖特基勢皇高電流密度IGBT器件的半導(dǎo)體材料為砷化鎵或者氮化鎵。
[0023]本發(fā)明提供的肖特基勢皇高電流密度IGBT器件，利用肖特基勢皇具有阻擋空穴載流子流向發(fā)射極金屬的原理增大IGBT器件電導(dǎo)調(diào)制區(qū)的載流子濃度，從而增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)和降低飽和壓降，因此這種器件能夠在保持IGBT高工作電壓，簡單門極電壓控制，良好的開關(guān)可控性和安全工作區(qū)以及簡單的短路保護(hù)措施等方面優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上大幅度提高IGBT的電流密度，增強(qiáng)IGBT電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，提高電流導(dǎo)通能力，降低導(dǎo)通損耗。
【附圖說明】
[0024]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的典型IGBT器件的二位剖面元胞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的肖特基勢皇高電流密度IGBT器件的二位剖面元胞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例提供的肖特基勢皇高電流密度IGBT器件的立體元胞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]附圖標(biāo)記:
[0028]1、發(fā)射極金屬區(qū)；2、肖特基勢皇區(qū)；2’、P+型區(qū)；3、N+型摻雜源區(qū)；4、多晶硅柵極區(qū)；5、P型基區(qū)；6、柵極氧化層；7、N-型摻雜漂移區(qū)；8、N型摻雜電場截止區(qū)；9、P+型集電區(qū)；10、集電極金屬區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0030]公知的IGBT器件通常由成千上萬個IGBT單元并聯(lián)而成，其中每個元胞的發(fā)射極，門極和集電極都通過金屬或多晶硅膜分別連接在一起。每個IGBT器件沿其四周邊緣的芯片面積被用做邊緣電場中止區(qū)，以保證器件的擊穿電壓。
[0031]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的典型IGBT器件的二位剖面元胞結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述典型IGBT器件，包括:發(fā)射極金屬區(qū)1，P+型區(qū)2’，N+型摻雜源區(qū)3，多晶硅柵極區(qū)4，P型基區(qū)5，柵極氧化