[發明專利]一種通過MOSFET控制結終端集成體二極管的RC-IGBT器件

有效

• 申請號: 201710099683.4
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN106847891B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 陳偉中;郭喬;賀利軍;黃義
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H01L29/417
• 分類號: H01L29/417;H01L29/423;H01L29/66;H01L29/739
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發明涉及RC?IGBT，屬于半導體功率器件領域，包括從上至下設置的陰極層、N?漂移區、N緩沖層和集電區，集電區包括同層設置的N集電區和P集電區，陰極層內間隔設置有若干多晶硅柵電極，每個柵電極被SiO₂柵氧化層包圍；RC?IGBT器件從左到右為有源區、過渡區和結終端區，結終端區底層完全由N集電區構成。本發明利用結終端區集成了體二極管，結終端的場限環P?ring作為二極管的陽極，結終端區底層的N集電區作為二極管的陰極，其導通狀態受集成在過渡區的MOSFET的控制。本發明所提出的RC?IGBT器件在正向導通IGBT模式下能徹底消除snapback現象，且正向導通壓降降低了19.4%，這種結構大大提高了RC?IGBT的性能。

技術領域

本發明涉及半導體功率器件領域，具體涉及一種通過MOSFET控制結終端集成體二極管的RC-IGBT器件。

背景技術

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)因其耐壓等級可以從600V跨度到6500V，被廣泛應用于高鐵、新能源開發、家用電器、智能電網等領域。但IGBT是一個單向導通器件，反向導通時等效于兩個背靠背的二極管從而無法導通。在IGBT典型逆變電路應用中就需要反并聯一個續流二極管FWD(Free Wheeling Diode)以作保護作用。RC-IGBT(Reverse-Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor,逆導型絕緣柵雙極型晶體管)將IGBT的部分集電極P-Collector用N-Collector取代，集電極P-Collector和N-Collector間隔排列其結構如圖1所示。使得原來IGBT中兩個背靠背二極管P-body/N-drift，N-buffer/P-Collector變成了P-body/N-drift，N-buffer/N-Collector一個二極管結構，實現了IGBT內部二極管的集成。不但提高了芯片的集成度還能夠節約成本，消除了IGBT芯片與二極管芯片之間存在的溫度差，提高了可靠性。

但是傳統RC-IGBT有存在自身的一些缺點：一方面由于N-Collector的引入，從MOS流出的電子在流向集電極時首先流向低勢壘的N-Collector，并在底部的PN結(P-Collector/N-buffer)上產生一個電勢差VPN如圖2所示。當VPN<0.7V時只有電子參與導電，RC-IGBT工作在單極性導電模式下。當VPN≥0.7V時,P-Collector向漂移區注入空穴，RC-IGBT工作在雙極性導電模式下。由于兩種導電模式的轉換導致了輸出曲線上電流電壓的突變，即出現了負阻Snapback現象。這種現象使得RC-IGBT在并聯使用時一些器件完全不能進入IGBT的工作模式，一些器件則因電流過大溫度過高造成器件燒毀，最終導致整個電路系統崩潰。

另一方面，傳統RC-IGBT器件版圖如圖3所示，由于N-Collector作為FWD的陰極，其上方區域為FWD區，P-Collector作為IGBT的陽極，其上方區域為IGBT區，傳統RC-IGBT的IGBT與FWD混合在同一個有源區內(Active region)。這樣傳統RC-IGBT不論工作在IGBT正向導通模式或者FWD反向導通模式，都只有有源區導通電流，而結終端區(Edgetermination)面積很大如圖1圖3所示，卻只起到一個承受反向擊穿電壓的作用，無導通電流流過，造成電流分布不均勻且芯片利用率低。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種通過MOSFET控制結終端集成體二極管的RC-IGBT器件。