一種橫向RC-IGBT器件制造技術

本發明專利技術屬于半導體技術領域，具體的說涉及一種橫向RC-IGBT器件。本發明專利技術的器件在傳統的器件結構上，在集電極結構設置了N型電阻區11，由于薄N電阻區11區域很薄具有大的阻抗，在器件剛開始正向導通時，在較小的電流下就會在薄N電阻區11上產生較大的壓降，從而使P+集電區9與N型電場阻止層8之間將產生電壓差，使器件從MOSFET模式轉換到IGBT模式。本發明專利技術提出的新結構可以在極小的電流下完成從MOSFET模式到IGBT模式的轉換，因而在導通過程中不會出現snapback現象。在續流二極管模式下，P型基區與N-漂移區形成的PN結處于正偏狀態下，當壓降超過J1開啟電壓后器件導通，可以傳導電流。因此，本發明專利技術提供的橫向RC-IGBT器件，完全消除了傳統RC-IGBT正向導通過程中的Snapback現象。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于半導體
，具體的說涉及一種橫向RC-1GBT(逆導型絕緣柵雙極型晶體管)器件。
技術介紹
絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種MOS場效應和雙極型晶體管復合的新型電力電子器件。它既有MOSFET易于驅動，控制簡單的優點，又有功率晶體管導通壓降低，通態電流大，損耗小的優點，已成為現代電力電子電路中的核心電子元器件之一，廣泛地應用在諸如通信、能源、交通、工業、醫學、家用電器及航空航天等國民經濟的各個領域。IGBT的應用對電力電子系統性能的提升起到了極為重要的作用。在電力電子系統中，IGBT通常需要搭配續流二極管(Free Wheeling D1de)使用以確保系統的安全穩定。因此在傳統IGBT模塊或單管器件中，通常會有FWD與其反向并聯，該方案不僅增加了器件的個數，模塊的體積及生產成本，而且封裝過程中焊點數的增加會影響器件的可靠性，金屬連線所產生的寄生效應還影響器件的整體性能。為了解決這一問題，文獻(Takahash, H ；Yamamoto, A ；Aono, S ；Minato, T.1200VReverse Conducting IGBT.Proceedings of 2004 Internat1nal Symposium on PowerSemiconductor Devices&ICs, 2004, pp.24-27)提出了逆導型 IGBT (Reverse ConductingIGBT)，成功地將續流二極管集成在IGBT內部。其縱向結構如圖1所示，相比于傳統無續流能力的IGBT，其特性在于其背部制作了與金屬集電極連接的N+集電極短路區10，該區域同器件中P型基區5和N-漂移區7形成了寄生二極管結構，在續流模式下該寄生二極管導通電流。然而背部N+集電極短路區10的引入給器件的正向導通特性造成了不利影響。由圖1可見，器件結構中N+源區4、P型基區5、漂移區7和N型區10形成了寄生VDMOS結構。當器件正向導通時，在小電流條件下，背部P型集電區9與N型電場阻止層8形成的PN結J2由于壓降不足無法開啟，此時器件呈現出VDMOS特性。只有當電流增大到一定程度，使得J2壓降高于該PN結開啟電壓后，P+型集電區9才會向N-漂移區中7注入空穴，形成電導調制效應，此時隨著電流的提高，器件的正向壓降會迅速下降，使得器件電流-電壓曲線呈現出折回(Snapback)現象。在低溫條件下Snapback現象更加明顯，這會導致器件無法正常開啟，嚴重影響電力電子系統的穩定性。橫向絕緣柵雙極型晶體管(LIGBT)是功率集成電路中的新型部件。它既有LDM0SFET易于驅動，控制簡單的優點，又有功率晶體管導通壓降低，通態電流大，損耗小的優點，已成為現代功率半導體集成電路的核心部件之一。由于橫向RC-1GBT更有利于集成化的應用，進而可以實現功率集成電路與智能功率芯片。對于傳統橫向RC-1GBT如圖2所示，由表面N-漂移區承受阻斷電壓，集電極與N+短路區和P+集電區相接。其工作原理與縱向RC-1GBT類似。
技術實現思路
本專利技術所要解決的，就是為了抑制傳統橫向RC-1GBT的Snapback現象，提高器件的可靠性，提出一種橫向RC-1GBT器件。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案:—種橫向RC-1GBT器件，如圖3所示，其元胞結構包括P型襯底20、位于P型襯底20中的N型漂移區7、位于N型漂移區7 —側的發射極結構和柵極結構、位于N型漂移區7另一側的集電極結構；所述發射極結構包括金屬發射極1、P型基區5和N+發射區4，所述P型基區5位于N型漂移區7中，所述N+發射區4位于P型基區5中，所述金屬發射極I位于P型基區5和N+發射區4的上表面；所述集電極結構包括P+集電區9、N+集電極短路區10、金屬集電極3和N型電場阻止層8，所述N型電場阻止層8位于N型漂移區7中，所述P+集電區9位于N型電場阻止層8中，所述N+集電極短路區10位于P+集電區9和N型電場阻止層8靠近發射極結構的一側并與于P+集電區9和N型電場阻止層8連接，所述金屬集電極3位于P+集電區9的上表面；所述柵極結構由多晶硅柵電極2和柵氧化層6構成，所述多晶硅柵電極2發射極結構與集電極結構之間的N型漂移區7和P型基區5上方，所述多晶硅柵電極2與發射極結構、N型漂移區和集電極結構之間具有柵氧化層6 ;其特征在于，所述集電極結構還包括N型電阻區11，所述N型電阻區11位于P+集電區9中，其側面與N+集電極短路區10連接，N型電阻區11的上表面與金屬集電極3連接。本專利技術總的技術方案在傳統的器件結構基礎上，在集電極結構中設置了 N型電阻區11，如圖4所示，由于薄N電阻區11區域很薄具有大的阻抗，在器件剛開始正向導通時，在較小的電流下就會在薄N電阻區11上產生較大的壓降。由于P+集電區9沒有電流流過，電勢始終與集電極3相同；而沿電流的流經路徑上電勢將逐漸降低，因此P+集電區9與N型電場阻止層8之間將產生電壓差。當該電壓差大于P+集電區9與N型電場阻止層8之間形成的PN結正向導通壓降時，P+集電區9將向N型電場阻止層8和N-漂移區7中注入電子，形成電導調制效應，器件從MOSFET模式轉換到IGBT模式。本專利技術提出的新結構可以在極小的電流下完成從MOSFET模式到IGBT模式的轉換，因而在導通過程中不會出現snapback現象。在續流二極管模式下，P型基區5與N-漂移區7形成的PN結處于正偏狀態下，當壓降超過Jl開啟電壓后器件導通，可以傳導電流。因此，本專利技術提供的橫向RC-1GBT器件，在兼具續流能力的同時，完全消除了傳統RC-1GBT正向導通過程中的Snapback現象。本專利技術可適用于從小功率到大功率的半導體功率器件和功率集成電路領域。本專利技術的有益效果為，在兼具續流能力的同時，消除了傳統RC-1GBT正向導通過程中的snapback現象。【附圖說明】圖1是傳統的縱向RC-1GBT器件元胞結構示意圖；圖2是傳統的橫向RC-1GBT器件元胞結構示意圖；圖3是本專利技術提供的橫向RC-1GBT器件元胞結構示意圖；圖4是本專利技術提供的縱向RC-1GBT在正向導通初始階段的電流示意圖；圖5為本專利技術提供的橫向RC-1GBT器件與傳統橫向RC-1GBT電流電壓特性的仿真對比示意圖；圖6為本專利技術提供的橫向RC-1GBT器件的制作工藝流程圖。【具體實施方式】下面結合附圖和實施例，詳細描述本專利技術的技術方案:本專利技術的一種橫向RC-1GBT器件，如圖3所示，其元胞結構包括P型襯底20、位于P型襯底20中的N型漂移區7、位于N型漂移區7 —側的當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種橫向RC?IGBT器件，其元胞結構包括P型襯底(20)、位于P型襯底(20)中的N型漂移區(7)、位于N型漂移區(7)一側的發射極結構和柵極結構、位于N型漂移區(7)另一側的集電極結構；所述發射極結構包括金屬發射極(1)、P型基區(5)和N+發射區(4)，所述P型基區(5)位于N型漂移區(7)中，所述N+發射區(4)位于P型基區(5)中，所述金屬發射極(1)位于P型基區(5)和N+發射區(4)的上表面；所述集電極結構包括P+集電區(9)、N+集電極短路區(10)、金屬集電極(3)和N型電場阻止層(8)，所述N型電場阻止層(8)位于N型漂移區(7)中，所述P+集電區(9)位于N型電場阻止層(8)中，所述N+集電極短路區(10)位于P+集電區(9)和N型電場阻止層(8)靠近發射極結構的一側并與于P+集電區(9)和N型電場阻止層(8)連接，所述金屬集電極(3)位于P+集電區(9)的上表面；所述柵極結構由多晶硅柵電極(2)和柵氧化層(6)構成，所述多晶硅柵電極(2)發射極結構與集電極結構之間的N型漂移區(7)和P型基區(5)上方，所述多晶硅柵電極(2)與發射極結構、N型漂移區和集電極結構之間具有柵氧化層(6)；其特征在于，所述集電極結構還包括N型電阻區(11)，所述N型電阻區(11)位于P+集電區(9)中，其側面與N+集電極短路區(10)連接，N型電阻區(11)的上表面與金屬集電極(3)連接。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：任敏，郭緒陽，楊玨琳，蔡果，牛博，李澤宏，張金平，高巍，張波，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51