[發明專利]RC IGBT、生產RC IGBT的方法和控制半橋電路的方法

在審

• 申請號: 202111121396.1
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN114256341A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: R·巴布爾斯克
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L21/331;H02M1/00;H02M1/08;H02M1/088
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張凌苗;周學斌

RC IGBT、生產RC IGBT的方法和控制半橋電路的方法。一種RC IGBT（1）包括具有IGBT區段（1?21）和二極管區段（1?22）的有源區（1?2）。在RC IGBT（1）的多個控制溝槽（14、15）中，存在多個IGBT控制電極（141）和與IGBT控制電極（141）電絕緣的多個等離子體控制電極（151），IGBT控制電極（141）和等離子體控制電極（151）中的每個與RC IGBT（1）的兩個負載端子（11、12）電隔離。IGBT區段（1?21）包括IGBT控制電極（141）的第一子集和等離子體控制電極（151）的第一子集。二極管區段（1?22）包括等離子體控制電極（151）的第二子集。

技術領域

本說明書涉及功率半導體器件的實施例和處理功率半導體器件的方法的實施例。特別地，本說明書涉及RC IGBT的實施例、涉及相應的RC IGBT生產方法的實施例以及涉及操作包括第一RC IGBT和第二RC IGBT的功率半導體半橋電路的方法的實施例。在此描述的RC IGBT配備有至少兩種控制電極。

背景技術

現代設備在汽車、消費者和工業應用中的許多功能，諸如轉換電能和驅動電動機或電機器，依賴于功率半導體開關。例如，僅舉幾個示例，絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）和二極管已經用于各種應用，包括但不限于電源和功率轉換器中的開關。

功率半導體器件通常包括半導體本體，該半導體本體被配置成沿著器件的兩個負載端子之間的負載電流路徑傳導正向（forward）負載電流。

此外，在例如晶體管之類的可控功率半導體器件的情況下，負載電流路徑可以借助于通常被稱為柵電極的絕緣電極來控制。例如，在從例如驅動器單元接收到對應的控制信號時，控制電極可以將功率半導體器件設置在正向傳導狀態和阻塞狀態之一中。在一些情況下，柵電極可以被包括在功率半導體開關的溝槽內，其中，溝槽可以展現例如條狀配置或針狀配置。

一些功率半導體器件還提供反向傳導性；在反向（reverse）傳導狀態期間，功率半導體器件傳導反向負載電流。這樣的器件可以被設計成使得正向負載電流能力（在幅度方面）基本上與反向負載電流能力相同。

提供正向和反向負載電流能力兩者的典型器件是反向傳導（RC）IGBT。通常，對于RC IGBT，正向傳導狀態是可控的，例如，通過向柵電極提供相應的信號，并且反向傳導狀態通常是不可控的，但是，由于RC IGBT中的一個或多個二極管結構，如果在負載端子處存在反向電壓，則RC IGBT自動地采取（assume）反向傳導狀態。

當然，借助于單獨的二極管提供反向電流能力是可能的；例如反并聯（anti-parallel）連接到常規（非反向傳導）IGBT的二極管。然而，這里描述的實施例涉及IGBT結構和二極管結構兩者都單片地集成在相同芯片中的變型。

為了安全并且高效地操作RC IGBT，RC IGBT的高度可控性是希望的。這特別適用，如果使用兩個RC IGBT來形成功率半導體半橋電路的話，例如作為主要家用電器、通用驅動、電力驅動火車（train）、伺服驅動、牽引、（更高）功率傳輸設施的電路拓撲的部分。

發明內容

根據實施例，RC IGBT包括具有IGBT區段和二極管區段的有源區；具有第一側和第二側的半導體本體；在第一側處的第一負載端子和在第二側處的第二負載端子；多個控制溝槽，沿第一橫向方向彼此平行地布置并且沿豎直方向延伸到半導體本體中，其中，多個控制溝槽延伸到IGBT區段和二極管區段兩者中；在半導體本體中的多個IGBT臺地（mesa）和多個二極管臺地，臺地中的至少一些臺地中的每個臺地沿著第一橫向方向被控制溝槽中的至少一個控制溝槽橫向限制（confine）；在多個控制溝槽中，多個IGBT控制電極和與IGBT控制電極電隔離的多個等離子（plasma）體控制電極，IGBT控制電極和等離子體控制電極中的每個與第一負載端子和第二負載端子兩者電隔離。IGBT區段包括IGBT控制電極的第一子集和等離子體控制電極的第一子集。二極管區段包括等離子體控制電極的第二子集。