CN109192773B - 一种基于结终端的rc-igbt器件 - Google Patents

一种基于结终端的rc-igbt器件 Download PDF

Info

Publication number
CN109192773B
CN109192773B CN201811034070.3A CN201811034070A CN109192773B CN 109192773 B CN109192773 B CN 109192773B CN 201811034070 A CN201811034070 A CN 201811034070A CN 109192773 B CN109192773 B CN 109192773B
Authority
CN
China
Prior art keywords
region
type
igbt
type collector
junction terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811034070.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109192773A (zh
Inventor
黄海猛
刘远成
胡浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xili Microelectronics Shenzhen Co ltd
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201811034070.3A priority Critical patent/CN109192773B/zh
Publication of CN109192773A publication Critical patent/CN109192773A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109192773B publication Critical patent/CN109192773B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692—Surface layout
    • H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs

Abstract

本发明公开了一种基于结终端的RC‑IGBT器件，基于传统的RC‑IGBT器件结构，在结终端区设置了结终端扩展区(5)，并在结终端扩展区设置了N+型集电区(7)，用互联线将底部P型集电极与结终端区的N型集电极连接起来，在器件刚开始正向导通时，由于N+型集电区(7)与结终端扩展区(5)构成的PN结反偏，从而使器件直接工作在IGBT模式，不工作在MOSFET模式，因而在导通过程中不会出现Snapback现象；在续流二极管模式下，P型基区(4)、P型结终端扩展区(5)和N+型集电区(7)构成PN二极管，当压降超过PN二极管的开启电压后器件导通，可以传导电流。因此，本发明提供的基于结终端的RC‑IGBT，完全消除了传统RC‑IGBT正向导通过程中的Snapback现象。

Description

一种基于结终端的RC-IGBT器件
技术领域
本发明属于半导体功率器件领域，涉及绝缘栅双极型晶体管，具体是涉及一种基于结终端的RC-IGBT器件。
背景技术
IGBT(Insulate Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)既有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极型功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点，所以被广泛应用于电磁炉、UPS不间断电源、汽车电子点火器、三相电动机变频器、电焊机开关电源等产品中作为功率开关管或功率输出管，市场前景非常广阔。IGBT产品是电力电子领域非常理想的开关器件，它集合了高频、高压、大电流三大技术优势，同时又能够实现节能减排，具有很好的环境保护效益。但是IGBT只是一个单向导通器件，在应用的时候需要一个反并联的二极管来承受反向电压，这就增加了IGBT的制造成本，以及带来封装，焊接等难题。
为解决该难题，能够反向导通的IGBT称为RC-IGBT(reverse-conductinginsulated-gate bipolar transistor，反向导通绝缘栅双极型晶体管)逐渐开始被应用于电子领域，如图1～2所示，分别为传统槽栅RC-IGBT器件和传统平面栅RC-IGBT器件的结构示意图，传统RC-IGBT器件通过在P型集电极中引入N型集电极的方法来实现IGBT和二极管的集成；但是在正向导通时候，N型集电区的引入会使得这种传统RC-IGBT的电流电压输出曲线出现一个呈现出折回(Snapback)现象，在低温条件下Snapback现象更加明显，严重影响RC-IGBT器件的使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于结终端的RC-IGBT器件，有效抑制了传统平面栅RC-IGBT器件的Snapback现象，提高器件的可靠性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于结终端的RC-IGBT器件，包括P+型集电区、N-漂移区和位于P+型集电区和N-漂移区之间的N型缓冲区；
所述P+型集电区、N-漂移区和N型缓冲区同时处于器件有源区和器件终端区中；
所述器件有源区还包括位于N-型漂移区表面的发射极结构和栅极结构；
所述器件终端区还包括位于N-漂移区表面的P型扩展区以及位于P型扩展区中的N+型集电区，所述P型扩展区包括P型扩展区a、P型扩展区b、P型扩展区c和P型扩展区d；所述N+型集电区位于P型扩展区d中；所述N+型集电区的金属电极位于N+型集电区的上表面，并且与位于P+型集电区的下表面金属电极相连。
其中，所述发射极结构包括金属发射极、P型基区和N+发射区，所述P型基区位于N-型漂移区中，所述N+发射区位于P型基区中，所述金属发射极位于P型基区和N+发射区的上表面。所述栅极结构由多晶硅栅电极和栅氧化层构成，其中栅氧化层位于多晶硅栅电极与P型基区和N-漂移区之间。
本发明的有益效果是：本发明基于传统的RC-IGBT器件结构，在结终端区中延长P型扩展区，在P型扩展区中设置了N+型集电区，用互联线将P+型集电区与N+型集电区连接，由于N+型集电区与P型扩展区形成寄生二极管，在器件正向导通时，寄生二极管反偏，电流只能从P+型集电区流过，器件没有经历MOSFET模式，直接进入IGBT模式，因而正向导通时不会出现Snapback现象；在反向导通二极管工作模式下，P型基区、P型扩展区与N+型集电区形成的二极管正偏，当电压超过该二极管开启电压后器件导通，可以传导电流；因此，本发明提供的基于结终端的RC-IGBT器件，在兼具续流能力的同时，完全消除了传统RC-IGBT器件正向导通过程中的Snapback现象。
附图说明
图1为传统槽栅RC-IGBT结构示意图。
图2为传统平面栅RC-IGBT结构示意图。
图3为是本发明提出的一种基于结终端的能消除Snapback效应的RC-IGBT结构示意图。
图4为传统平面栅RC-IGBT和本发明提供的RC-IGBT的正向导通性能的比较图。
图5为传统平面栅RC-IGBT和本发明提供的RC-IGBT的反向导通性能的比较图；
图中，1-金属发射极，2-多晶硅栅电极，3-N+发射区，4-P型基区，5-P型扩展区，6-金属电极，7-N+型集电区，8-N型缓冲区，9-P+型集电区，10-栅氧化层，11-N-型漂移区，12-下表面金属电极。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图3所示，一种基于结终端的RC-IGBT器件，包括P+型集电区9、N-漂移区11和位于P+型集电区9和N-漂移区11之间的N型缓冲区8；
所述P+型集电区9、N-漂移区11和N型缓冲区8同时处于器件有源区和器件终端区中；
所述器件有源区还包括位于N-型漂移区11表面的发射极结构和栅极结构；
所述器件终端区还包括位于N-漂移区表面的P型扩展区5以及位于P型扩展区中的N+型集电区7，所述P型扩展区5包括P型扩展区a、P型扩展区b、P型扩展区c和P型扩展区d；所述N+型集电区7位于P型扩展区d中；所述N+型集电区7的金属电极6位于N+型集电区7的上表面，并且与位于P+型集电区9的下表面金属电极12相连。
其中，所述发射极结构包括金属发射极1、P型基区4和N+发射区3，所述P型基区4位于N-型漂移区中，所述N+发射区3位于P型基区4中，所述金属发射极1位于P型基区4和N+发射区3的上表面。所述栅极结构由多晶硅栅电极2和栅氧化层10构成，其中栅氧化层10位于多晶硅栅电极2与P型基区4和N-漂移区11之间。
本发明的工作原理如下：
本发明中，基于结终端的RC-IGBT器件，在IGBT正向偏置时，栅电极为高电位，器件表面MOS沟道开启，当集电极电压小于P+型集电区9与N型缓冲区8构成的PN结开启电压时，由于N+型集电区7与P型扩展区5形成的二极管反偏，器件内部电流为漏电流，当集电极电压增大时，由于N+型集电区7与P型扩展区5形成的二极管仍然反偏，N+型集电区7不导通，而P+型集电区9与N型缓冲区8形成的PN结正偏，器件直接工作在IGBT模式下，因此不会出现Snapback现象。
在反向二极管续流模式下，器件的发射极为高电位，N+型集电极为低电位，当发射极电压高于P型基区4、P型扩展区5与N+型集电区7形成的二极管开启电压后器件导通，从而可以发挥续流作用。
综上，在结终端区中延长P型扩展区5，在P型扩展区5中设置了N+型集电区7，用互联线将P+型集电区9与N+型集电区7连接。由于N+型集电区7与P型扩展区5形成寄生二极管，在器件正向导通时，寄生二极管反偏，电流只能从P+型集电区9流过，器件没有经历MOSFET模式，直接进入IGBT模式，因而正向导通时不会出现Snapback现象。在反向导通二极管工作模式下，P型基区4、P型扩展区5与N+型集电区7形成的二极管正偏，当电压超过该二极管开启电压后器件导通，可以传导电流。因此，本发明提供的基于结终端的RC-IGBT器件，在兼具续流能力的同时，完全消除了传统RC-IGBT器件正向导通过程中的Snapback现象。
在本申请的实施例中，为了验证本发明的有益效果，利用Medici软件对图2所示的传统平面栅结构的RC-IGBT和图3所示的本发明提供的结构进行了电流特性的仿真。所进行仿真的结构参数为：单个元胞宽度为17μm，元胞厚度为76μm，P基区掺杂浓度为4e17 cm-3，结深为3μm，N+发射区掺杂浓度为1e19 cm-3，结深为1μm，栅氧化层厚度为50nm，N-型漂移区掺杂浓度为2e14 cm-3，N型缓冲层掺杂浓度为1e16 cm-3，厚度为2μm，P+型集电区掺杂浓度为1.5e18 cm-3，厚度为1μm，传统结构的N+集电区掺杂浓度为1.5e17 cm-3，宽度为10μm，厚度为1μm，本专利提供的结构结终端区的宽度为125.5μm，P型扩展区掺杂浓度采用横向变掺杂技术，其中P型扩展区a的掺杂浓度为1.5e16 cm-3，宽度为55.5μm，结深为2μm，P型扩展区b的掺杂浓度为1.1e16 cm-3，宽度为35μm，结深为2μm，P型扩展区c的掺杂浓度为6e15 cm-3，宽度为30μm，结深为2μm，P型扩展区d的掺杂浓度为1e15 cm-3，宽度为5μm，结深为4μm，N+型集电区掺杂浓度为2e20 cm-3，结深为1μm。由图4可以看出，相比于传统平面栅结构的RC-IGBT，本发明提供的基于结终端的RC-IGBT器件能完全消除Snapback现象。由图5可以看出，相比于传统平面栅结构的RC-IGBT，本发明提供的基于结终端的RC-IGBT器件的反向导通压降更低，反向导通能力更强。因此，可以表明本发明提供的基于结终端的RC-IGBT器件能完全消除Snapback现象，且反向导通压降更低。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于结终端的RC-IGBT器件，其特征在于：包括P+型集电区(9)、N-漂移区(11)和位于P+型集电区(9)和N-漂移区(11)之间的N型缓冲区(8)；
所述P+型集电区(9)、N-漂移区(11)和N型缓冲区(8)同时处于器件有源区和器件终端区中；
所述器件有源区还包括位于N-型漂移区(11)表面的发射极结构和栅极结构；
所述器件终端区还包括位于N-漂移区表面的P型扩展区(5)以及位于P型扩展区中的N+型集电区(7)，所述P型扩展区(5)包括P型扩展区a、P型扩展区b、P型扩展区c和P型扩展区d；所述N+型集电区(7)位于P型扩展区d中；所述N+型集电区(7)的金属电极(6)位于N+型集电区(7)的上表面，并且与位于P+型集电区(9)的下表面金属电极(12)相连；
所述发射极结构包括金属发射极(1)、P型基区(4)和N+发射区(3)；P型基区(4)、P型扩展区(5)与N+型集电区(7)形成二极管。
2.根据权利要求1所述的一种基于结终端的RC-IGBT器件，其特征在于：所述P型基区(4)位于N-型漂移区中，所述N+发射区(3)位于P型基区(4)中，所述金属发射极(1)位于P型基区(4)和N+发射区(3)的上表面。
3.根据权利要求1所述的一种基于结终端的RC-IGBT器件，其特征在于：所述栅极结构由多晶硅栅电极(2)和栅氧化层(10)构成，其中栅氧化层(10)位于多晶硅栅电极(2)与P型基区(4)和N-漂移区(11)之间。
CN201811034070.3A 2018-09-05 2018-09-05 一种基于结终端的rc-igbt器件 Active CN109192773B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811034070.3A CN109192773B (zh) 2018-09-05 2018-09-05 一种基于结终端的rc-igbt器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811034070.3A CN109192773B (zh) 2018-09-05 2018-09-05 一种基于结终端的rc-igbt器件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109192773A CN109192773A (zh) 2019-01-11
CN109192773B true CN109192773B (zh) 2021-08-13

Family

ID=64914745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811034070.3A Active CN109192773B (zh) 2018-09-05 2018-09-05 一种基于结终端的rc-igbt器件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109192773B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102104039A (zh) * 2009-12-16 2011-06-22 三菱电机株式会社 高耐压半导体装置
CN103022089A (zh) * 2012-06-19 2013-04-03 电子科技大学 一种无snapback效应的逆导型绝缘栅双极晶体管
CN104835841A (zh) * 2015-05-08 2015-08-12 邓华鲜 Igbt芯片的结构
CN105448972A (zh) * 2014-12-25 2016-03-30 深圳深爱半导体股份有限公司 新结构反向导通绝缘栅双极型晶体管
CN107785415A (zh) * 2017-10-27 2018-03-09 电子科技大学 一种soi‑rc‑ligbt器件及其制备方法
CN107808899A (zh) * 2017-10-27 2018-03-16 电子科技大学 具有混合导电模式的横向功率器件及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6119577B2 (ja) * 2013-11-26 2017-04-26 三菱電機株式会社 半導体装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102104039A (zh) * 2009-12-16 2011-06-22 三菱电机株式会社 高耐压半导体装置
CN103022089A (zh) * 2012-06-19 2013-04-03 电子科技大学 一种无snapback效应的逆导型绝缘栅双极晶体管
CN105448972A (zh) * 2014-12-25 2016-03-30 深圳深爱半导体股份有限公司 新结构反向导通绝缘栅双极型晶体管
CN104835841A (zh) * 2015-05-08 2015-08-12 邓华鲜 Igbt芯片的结构
CN107785415A (zh) * 2017-10-27 2018-03-09 电子科技大学 一种soi‑rc‑ligbt器件及其制备方法
CN107808899A (zh) * 2017-10-27 2018-03-16 电子科技大学 具有混合导电模式的横向功率器件及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Snapback Suppressed Reverse-Conducting IGBT With a Floating p-Region in Trench Collector;Huaping Jiang,et. al;《IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS》;20120127;第33卷;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109192773A (zh) 2019-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102779840B (zh) 一种具有终端深能级杂质层的igbt
CN114188396B (zh) 一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法、电子设备
CN105185826B (zh) 一种横向rc-igbt器件
JP2020532143A (ja) 半導体デバイス
CN110993687B (zh) 一种超结逆导型栅控双极型器件
CN105023943B (zh) 一种纵向rc‑igbt器件
CN111834449B (zh) 一种具有背面双mos结构的快速关断rc-igbt器件
CN109119419A (zh) 一种集成肖特基续流二极管碳化硅槽栅mosfet
CN115832038A (zh) 一种具有双栅的rc-igbt
CN103855155A (zh) 一种三模式集成绝缘栅型双极晶体管及其形成方法
CN109192773B (zh) 一种基于结终端的rc-igbt器件
US9461116B2 (en) Method of formation of a TI-IGBT
CN212810309U (zh) 一种平面型分裂栅的igbt半导体功率器件
CN212874493U (zh) 一种平面型的槽栅igbt半导体功率器件
CN110504259B (zh) 一种具有过流保护能力的横向igbt
CN110610986B (zh) 一种利用结终端集成横向续流二极管的rc-igbt器件
CN111211167B (zh) 一种消除负阻效应的rc-igbt器件结构
CN103928507A (zh) 一种逆导型双栅绝缘栅双极型晶体管
CN111430454B (zh) 一种低饱和电流的绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管
CN103606557A (zh) 一种集成二极管的集电极短路igbt结构
CN113990924A (zh) 一种降低关断损耗的igbt结构
CN113725280A (zh) 一种低开启电压的超结rb-igbt器件
CN108461536B (zh) 一种双向沟槽栅电荷存储型igbt及其制作方法
CN111293168B (zh) Igbt器件及其制造方法
CN111276537A (zh) 一种具有多晶硅耐压层的逆导型rc-ligbt器件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230324

Address after: 518000 Building A, Baohuasen International Center, Hangcheng Industrial Zone, Taoyuan Community, Xixiang Street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee after: Xili Microelectronics (Shenzhen) Co.,Ltd.

Address before: 610054 No. two, Jianshe North Road, Chengdu, Sichuan, 4

Patentee before: University of Electronic Science and Technology of China