[發明專利]一種逆導型IGBT器件

在審

• 申請號: 201510524523.0
• 申請日: 2015-08-25
• 公開（公告）號: CN105206656A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 李澤宏;郭緒陽;張明;陳文梅;伍濟;陳錢;任敏;張金平;高巍;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/47;H01L21/331;H01L29/739
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明屬于功率半導體器件技術領域，涉及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，具體涉及逆導型絕緣柵雙極型晶體管(RC-IGBT)。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種MOS場效應和雙極型晶體管復合的新型電力電子器件。它既有MOSFET易于驅動，控制簡單的優點，又有功率晶體管導通壓降低，通態電流大，損耗小的優點，已成為現代電力電子電路中的核心電子元器件之一，廣泛地應用在諸如通信、能源、交通、工業、醫學、家用電器及航空航天等國民經濟的各個領域。IGBT的應用對電力電子系統性能的提升起到了極為重要的作用。

在電力電子系統中，IGBT通常需要搭配續流二極管(FreeWheelingDiode)使用以確保系統的安全穩定。因此在傳統IGBT模塊或單管器件中，通常會有FWD與其反向并聯，該方案不僅增加了器件的個數，模塊的體積及生產成本，而且封裝過程中焊點數的增加會影響器件的可靠性，金屬連線所產生的寄生效應還影響器件的整體性能。

為了解決這一問題，實現產品的整體化，文獻(Takahash,H；Yamamoto,A；Aono,S；Minato,T.1200VReverseConductingIGBT.Proceedingsof2004InternationalSymposiumonPowerSemiconductorDevices&ICs,2004,pp.24-27)提出了逆導型IGBT(ReverseConductingIGBT)，成功地將續流二極管集成在IGBT內部。其結構如圖1所示，相比于傳統無續流能力的IGBT，其特性在于其背部制作了與金屬集電極連接的N+集電極短路區9，該區域同器件中P型基區5和N-漂移區7形成了寄生二極管結構，在續流模式下該寄生二極管導通電流。然而背部N+集電極短路區9的引入給器件的正向導通特性造成了不利影響。由圖1可見，器件結構中表面溝道區，漂移區和背部N型區形成了寄生VDMOS結構。在小電流條件下，由于壓降不足，背部P+集電區10與N型電場阻止層8形成的PN結無法開啟，從溝道注入N-漂移區的電子直接從N集電極短路區11流出，導致器件呈現出VDMOS特性。只有當電子電流增大到一定程度，使得P+集電區10與N型電場阻止層8形成的PN結壓降高于開啟電壓后，P+集電區10才會向N-漂移區7中注入空穴，形成電導調制效應，此時隨著電流的提高，器件的正向壓降會迅速下降，使得器件電流-電壓曲線呈現出折回(Snapback)現象。在低溫條件下snapback現象更加明顯，這會導致器件無法正常開啟，嚴重影響電力電子系統的穩定性。對于傳統的逆導型IGBT，是通過增加P+集電區10的寬度，使其在較小的電流下，就可以達到背部P+集電區10與N型電場阻止層8形成的PN結的導通電壓。但是，這種方法會嚴重影響在反向續流時的二極管導通特性，具有較差的反向恢復特性，并且電流集中問題嚴重，可靠性大大降低。

發明內容

本發明所要解決的，就是針對上述問題，為優化逆導型IGBT續流二極管工作模式下的反向恢復特性與抑制IGBT模式下的snapback現象，提高器件的可靠性，提出一種逆導型IGBT器件。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種逆導型IGBT器件，如圖2所示，其元胞結構包括N-漂移區8、位于N-漂移區8上層的發射極結構和柵極結構和位于N-漂移區8下層的集電極結構；所述柵極結構為溝槽柵，包括柵氧化層7和位于柵氧化層7中的多晶硅柵電極3；所述發射極結構位于兩個溝槽柵之間，包括發射極金屬2、N+發射區4、P型基區5和P+區6；所述N+發射區4位于P型基區5中，N+發射區4和P型基區5與柵氧化層連接；所述P+區6與P型基區5連接；所述發射極金屬2位于N+發射區4和P+區6的上表面；所述集電極結構包括P+集電區11、N+集電極短路區12和金屬集電極13；所述P+集電區11和N+集電極短路區12并列位于金屬集電極13的上表面；所述P+集電區11和N+集電極短路區13的上表面與N-漂移區8之間具有N型電場阻止層9；其特征在于，所述P+區6之間的N-漂移區8上表面具有肖特基金屬1，所述肖特基金屬1與發射極金屬2連接；所述集電極結構還包括N-區10，所述N-區10位于N型電場阻止層9與N+集電極短路區12和部分P+集電區11之間。

上述方案為柵極結構為溝槽柵時的器件結構。