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耐压等级为600V的IGBT其片厚通常很薄(50-70μm),其缓冲层(场终止层)对器件的性能有重要的影响。对这类IGBT进行详细、深入、具体的分析和研究对提高我国IGBT制造水平具有重要的现实意义。本文结合国内制造工艺平台,利用器件仿真工具,首先对具有缓变掺杂缓冲层场终止型IGBT器件特性进行了分析;然后设计了一个具有双缓冲层场终止型IGBT的器件结构,并通过仿真计算和分析进行了优化,得到了器件预期的性能。最后给出了一种具有缓变缓冲层结构的600V IGBT器件的制造方法和初步试验结果。具体内容和工作如下: 1.基于二维器件仿真工具,将600V缓变掺杂缓冲层场终止IGBT(gradedfield stop IGBT,简称GFS-IGBT)与常规场终止型IGBT(FS-IGBT)、及非穿通型IGBT(NPT-IGBT)的静态特性、开关特性以及折衷特性进行了对比分析。计算结果表明,在相同的耐压等级下,缓变掺杂场终止层的引入不仅减小了器件关断过程中的电压过冲(相对FS-IGBT减小了21%),而且可以减小器件的高温漏电流(相比FS-IGBT减小15.2%)。此外,在导通压降大于1.9V情况下,GFS-IGBT的折衷特性会优越于常规场FS-IGBT,明确了其在快速关断的应用范围具有优势。 2.分析了双缓冲层结构的IGBT(double-buffer FS-IGBT,简称DFS-IGBT)缓冲层浓度对器件导通压降、漏电流以及击穿特性的影响。通过调节缓冲层浓度,在击穿电压和通态电压相同的条件下,获得了比常规FS-IGBT小近两倍的高温漏电流。 3.对比了DFS-IGBT与常规FS-IGBT的折衷特性以及短路特性。DFS-IGBT短路工作时最大短路电流大大减小(相对于FS-IGBT减小了36.4%),同时,器件在折衷特性上也具有更大的优势。 4.通过工艺试验确定了用于制造具有缓变缓冲层结构的600V IGBT器件的工艺方案。试验表明,硫、硒、氢离子注入半导体硅中可以形成较深的(在低温短时间的扩散条件下可扩散250μm)施主杂质分布,对制造新型缓冲层薄片IGBT具有充分的可行性。 综上,本文仿真研究了并设计了具有缓变缓冲层的场终止型600V IGBT,并通过试验研究了实现缓冲层的方法,为后期的流片及性能测试提供了必要的参考数据,是整个研发过程中重要的组成部分。