[發明專利]一種具有雙柵的RC-IGBT

在審

• 申請號: 202211453932.2
• 申請日: 2022-11-21
• 公開（公告）號: CN115832038A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 伍偉;喻明康;高崇兵
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L21/331;H01L29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種具有雙柵的RC?IGBT，該結構在常規RC?IGBT結構的基礎上，在集電極區增加副控溝槽柵，并向背面注入結構添加P型集電極基區，且N+集電極區不與N型緩沖區直接相連，而是當副控柵開啟電子溝道時與緩沖區相連，因此可以完全控制器件工作狀態。當主控柵打開、副控柵關閉時，器件正向導通，此時器件不會有單極導通狀態，從而消除常規RC?IGBT固有的snapback現象。當主控柵與副控柵同時關閉時，器件工作在阻斷狀態，此時器件不僅可以正向阻斷，也可反向阻斷。當主控柵關閉、副控柵打開時，器件反向導通，此時電流均勻分布，反向導通壓降減小，二極管特性得到顯著優化。

技術領域

本發明涉及半導體領域，具體涉及一種具有雙柵的RC-IGBT。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是目前最為主流的全控型功率半導體器件。由于IGBT在電力電子領域使用時通常會并聯反向導通二極管以達到續流保護的目的，因此逆導型絕緣柵雙極型晶體管(RC-IGBT)以其內部集成了反并聯二極管的優勢，成為現在半導體功率器件技術領域研究的熱點。

RC-IGBT面臨的一大挑戰是其正向特性曲線中出現的負微分電阻現象，也稱電壓折回(snapback)現象。由于RC-IGBT集電極N+區的存在，其在開始導通時會工作在單極導通狀態，即只有電子電流產生。而當外部電壓足夠高時，P+集電區與其上的N區之間的電位差超過臨界點，因此進入雙極導通狀態。在RC-IGBT切換導通模式的過程中，我們能從電壓電流曲線上觀察到電壓折回現象。傳統RC-IGBT通過增長P+集電區的長度消除snapback現象，該方法實現簡單，但會導致反向導通時電流分布不均，集成二極管特性很差。為此，同時消除RC-IGBT的電壓折回現象并提高集成二極管特性的結構亟待研究。

發明內容

針對消除RC-IGBT的電壓折回現象并提高集成二極管特性的需求，本發明提供了一種具有雙柵的RC-IGBT如圖2所示。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種具有雙柵的RC-IGBT，其元胞結構從下往上依次為：N+集電區(1)、P+集電區(2)、P型集電極基區(3)、N型緩沖層(4)組成的背面結構和N型漂移區(5)，正面結構包含載流子存儲層(6)、P型基區(7)、及P+型發射區(8)和N+型發射區(9)，集電區間與發射區間都有SiO₂氧化層(10)和多晶硅(11)構成的柵極。結構圖中發射極區的溝槽柵為主控柵MG，集電極區的溝槽柵為副控柵SG。

本發明的技術方案相對常規RC-IGBT器件，主要針對背面結構進行改進。在集電極區增加副控溝槽柵SG，改變N+集電區(1)與P+集電區(2)的位置，并添加P型集電極基區(3)，最終在器件背面形成與正面相似的結構，從而通過對雙柵的控制，實現電壓折回現象的消除以及IGBT和集成二極管特性的優化。

進一步地，所述結構中所有相鄰副控溝槽柵之間的結構固定為兩塊N+集電區(1)分別緊貼左右溝槽柵，并與集電極相連，所述P+集電區(2)也與集電極相連，且位于兩塊N+集電區(1)之間，N+集電區(1)、P+集電區(2)上方依次為P型集電極基區(3)與N型緩沖層(4)。

進一步地，所述結構中相鄰副控溝槽柵之間的結構不固定，部分相鄰副控溝槽柵之間不包含N+集電區(1)，P+集電區(2)緊貼左右溝槽柵，P+集電區(2)上方依次為P型集電極基區(3)與N型緩沖層(4)。

進一步地，改變副控溝槽柵SG的數量，增大副控溝槽柵SG的個數，增加器件在二極管工作狀態下，背面電子路徑數，使電流分布更均勻。