[發明專利]一種具有多晶硅耐壓層的逆導型RC-LIGBT器件

在審

• 申請號: 202010092684.8
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111276537A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 黃東;易波;孔謀夫;程駿驥;黃海猛;趙青;楊瑞豐;藺佳
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L27/07
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明屬于半導體功率器件領域，提供一種具有多晶硅耐壓層的RC?LIGBT器件；在傳統RC?IGBT器件基礎上，在表面耐壓區和氧化層上方引入多晶硅耐壓層構成一個反并聯二極管；在器件反向工作狀態時，形成電流流通路徑，使得器件具有反向導電能力；在器件正向工作時，優化了RC?LIGBT導通壓降和關斷損耗的矛盾關系；更重要的是，在器件正向導通時，多晶硅耐壓層構成的二極管反偏，因此本發明結構不會出現電壓回折現象，提高了器件電學性能。

技術領域

本發明屬于半導體功率器件領域，涉及橫向耐壓結構；具體提供一種具有低導通壓降，開關速度快，同時消除電壓折回現象的RC-LIGBT(Reverse-Conducting LateralInsulated-Gate Bipolar Transistor)器件。

背景技術

電力電子系統的小型化，集成化是功率半導體器件的一個重要研究方向。具有橫向耐壓結構的半導體功率器件，如LDMOS(Lateral Double-Diffused MOSFET)、LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor)等，由于易集成、易驅動、高耐壓和低功耗等特點，在功率集成芯片上得到了廣泛應用。基于SOI技術的LIGBT更是由于其優良的隔離特性而被廣泛應用，作為雙極型功率器件，LIGBT同時具有MOSFET高輸入阻抗和BJT電流密度大的特點，在導通時漂移區中聚集的大量非平衡電子空穴對，增強了器件的電導調制效應，使得LI GBT器件具有更低的導通壓降；然而，大量的非平衡載流子的存在使得器件在關斷過程中，增加了載流子抽取時間和關斷損耗；所以，優化器件的關斷損耗(Turn-offloss：E_off)和導通壓降(On-state voltage drop：V_on)之間的折中關系，是設計LIGBT的關鍵問題之一。

RC-IGBT(Reverse-Conducting IGBT)器件，是一種將二極管和IGBT通過工藝集成在一起的新型IGBT器件，通過集成的續流二極管，使得器件具有反向導通的能力，對提升IGBT的性能具有很大幫助。但是，如圖1所示，傳統的RC-LIGBT器件在正向導通時，當陽極正向電壓較小時，陽極的PN結未導通，器件工作在MOS模式；隨著陽極電壓持續增大，陽極PN結導通，空穴注入使得器件工作模式從MOS轉換為IGBT模式，便會發生電壓折回現象，嚴重影響器件工作的可靠性，所以，如何消除電壓折回現象，也是RC-LIGBT器件研究的一個方向。

為了進一步降低橫向功率器件的導通電阻R_on，L.Vestling等人在《A novel high-freque ncy high-voltage LDMOS transistor using an extended gate RESURFtechnology》一文中提出了一種“擴展柵(Extended Gate RESURF Technology)”技術，如圖2所示的Extended Gate LDMOS結構；通過在橫向功率器件漂移區表面覆蓋一層P型多晶硅，之間通過一層薄氧化層隔離；耐壓時，N型漂移區和P型多晶硅層將耗盡，耗盡之后N型漂移區的電離施主和P型多晶硅層的電離受主存在電荷補償，因此N型漂移區和P型多晶硅層的雜質濃度可以一定程度提高而不影響耐壓，導通電阻R_on因此實現了降低。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有RC-IGBT(Reverse-Conducting IGBT)器件存在的問題，提供一種具有多晶硅耐壓層的RC-LIGBT器件；本發明RC-LIGBT器件既能消除電壓折回現象，又兼具低導通壓降、低關斷損耗等優點，進而使得器件具有更優的關斷損耗和導通壓降的折中關系。

為實現上述目的，本發明采用技術方案如下：

一種具有多晶硅耐壓層的RC-LIGBT器件，其元胞結構包括：

半導體襯底層1，位于襯底層1上的埋氧層2，位于埋氧層上的半導體層，位于半導體層上的多晶硅耐壓層；