一种具有阳极短路槽的RB‑IGBT制造技术

本发明专利技术属于功率半导体技术领域，涉及一种具有阳极短路槽的RB‑IGBT。本发明专利技术相对于传统结构，主要提出了在集电极增加阳极短路槽，短路槽在正向耐压时起到电场截止的作用，使得电场近似矩形分布。传统NPT结构的纵向电场近似为三角形分布，所以在耐压相同的情况下，新器件所需厚度更薄，导通压降更低。同时，阳极短路槽在关断时产生电子积累层，提供电子低阻通道，加速电子抽取，降低关断损耗。新器件在反向耐压状态下，由于不存在高浓度的N型场截止层，保证了与正向耐压对称的反向耐压值。本发明专利技术的有益效果为，能够双向耐压，相对于传统结构，本发明专利技术具有开关速度更快和关断功耗更低的优点。

With a short anode slot of RB IGBT

The invention belongs to the field of power semiconductor technology, with a short anode slot of RB IGBT to. Compared with the traditional structure, the invention mainly puts forward that the electric field is cut off when the collector is added with an anode short circuit slot and the short circuit slot is in the forward voltage resistance, so that the electric field is approximately rectangular distribution. The longitudinal electric field of the traditional NPT structure is approximately triangular, so the thickness of the new device is thinner and the conduction pressure drop is lower under the same pressure condition. At the same time, the anode short-circuit slot produces an electron accumulation layer during shutdown, providing an electronic low resistance channel, accelerating electronic extraction, and reducing turn off losses. Due to the absence of a high concentration N type field cut-off layer, the new device guarantees a reverse voltage resistance symmetrical to the forward voltage. The invention has the beneficial effects of bidirectional pressure resistance, compared with the traditional structure, the invention has the advantages of faster switching speed and lower switching off power consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种具有阳极短路槽的RB-IGBT
本专利技术属于功率半导体
，涉及一种具有阳极短路槽的RB-IGBT。
技术介绍
双向开关是AC-AC矩阵变换器的核心，由两个IGBT反并联形成，双向控制需要IGBT具有反向阻断能力。业界的一般做法是将IGBT串联二极管来达到反向耐压的作用。而RB-IGBT本身具有反向阻断能力，正反向均可耐压。两个RB-IGBT反并联即可构成一个双向开关，与传统的做法相比，在功率相当的情况下，由RB-IGBT构成的双向开关不需要额外的快恢复二极管，导通损耗较低，并且可以减小元器件的个数，从而减小矩阵变换器的体积。传统的RB-IGBT利用NPT(Non-Punch-Through)结构的对称阻断能力，如图1所示。NPT结构的RB-IGBT没有引入FS(FieldStop)层，其原因是掺杂浓度较高的FS层与P型阳极形成的PN结在反向阻断时会提前击穿，这是RB-IGBT必须避免的。FS层的缺少使得NPT结构的RB-IGBT在实现高耐压时，漂移区较厚，导通损耗增加。同时，关断时需要抽取和复合大量的非平衡载流子，导致电流拖尾现象严重，关断时间较长，关断损耗增加。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对上述问题，提出一种具有阳极短路槽的RB-IGBT。本专利技术的技术方案是：一种具有阳极短路槽的RB-IGBT，包括集电极结构、漂移区4、发射极结构和栅极结构，其中集电极结构位于漂移区下端，发射极结构和栅极结构位于漂移区4之上；所述发射极结构包括位于漂移区上表面的N型存储层5和位于N型层5上表面的P型阱区6，所述P型阱区6上层沿器件横向方向并列设置有N型发射极区7和P型体接触区8；所述N型发射极区7和P型体接触区8的共同引出端为发射极；其特征在于，所述集电极结构包括P型集电极层1与多个阳极短路槽，P型集电极层1位于N型漂移区4的下表面；所述阳极短路槽沿器件横向方向间断分布，且阳极短路槽沿器件垂直方向贯穿P型集电极层1延伸入N型漂移区4中；所述P型集电极层1和阳极短路槽的共同引出端为集电极；所述阳极短路槽由第一导电材料22和第一绝缘介质32构成，第一导电材料22位于第一绝缘介质32之中。进一步的，所述栅极结构为沟槽栅，沟槽栅位于发射极结构的两侧；所述沟槽栅由第二导电材料21和第二绝缘介质31构成，第二绝缘介质31位于沟槽栅的侧壁和底部，第二导电材料21被第二绝缘介质31包围，所述第二导电材料21的引出端为栅极；所述沟槽栅从器件上表面沿垂直方向穿过P型阱区6与N型存储层5后与漂移区4接触，沟槽栅的侧面与N型层5、P型阱区6和N型发射极区7的侧面接触。进一步的，所述栅极结构为平面栅，所述平面栅由第二绝缘介质31和位于第二绝缘介质31上表面的第二导电材料21构成；所述第二导电材料21的引出端为栅极；所述第二绝缘介质31与漂移区4上表面、N型存储层5、P型阱区表面6和部分N型发射极区7的上表面均接触。进一步的，阳极短路槽之间沿器件横向方向上等间距。进一步的，阳极短路槽之间沿器件横向方向上不等间距。本专利技术的有益效果为，相比传统NPT结构，本专利技术具有阳极短路槽因而有更低的开关损耗和更快的开关速度。附图说明图1为传统的RB-IGBT结构示意图；图2为实施例1结构示意图；图3为实施例2结构示意图；图4为实施例3结构示意图；图5为实施例4结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，详细描述本专利技术的技术方案：实施例1如图2所示，本例为沟槽栅RB-IGBT，包括集电极结构、漂移区4、发射极结构和栅极结构，其中集电极结构位于漂移区下端，发射极结构和栅极结构位于漂移区4之上；所述发射极结构包括位于漂移区上表面的N型存储层5和位于N型层5上表面的P型阱区6，所述P型阱区6上层沿器件横向方向并列设置有N型发射极区7和P型体接触区8；所述N型发射极区7和P型体接触区8的共同引出端为发射极；所述集电极结构包括P型集电极层1与多个阳极短路槽，P型集电极层1位于N型漂移区4的下表面；所述阳极短路槽沿器件横向方向间断分布，且阳极短路槽沿器件垂直方向贯穿P型集电极层1延伸入N型漂移区4中；所述P型集电极层1和阳极短路槽的共同引出端为集电极；所述阳极短路槽由第一导电材料22和第一绝缘介质32构成，第一导电材料22位于第一绝缘介质32之中，所述栅极结构为沟槽栅，沟槽栅位于发射极结构的两侧；所述沟槽栅由第二导电材料21和第二绝缘介质31构成，第二绝缘介质31位于沟槽栅的侧壁和底部，第二导电材料21被第二绝缘介质31包围，所述第二导电材料21的引出端为栅极；所述沟槽栅从器件上表面沿垂直方向穿过P型阱区6与N型存储层5后与漂移区4接触，沟槽栅的侧面与N型层5、P型阱区6和N型发射极区7的侧面接触。本例中，阳极短路槽之间沿器件横向方向上等间距。本例的工作原理为：新器件的短路槽在正向耐压时起到电场截止的作用，使得电场近似矩形分布。传统NPT结构的纵向电场近似为三角形分布，所以在耐压相同的情况下，新器件所需厚度更薄，导通压降更低。同时，阳极短路槽在关断时产生电子积累层，提供电子低阻通道，加速电子抽取，降低关断损耗。新器件在反向耐压状态下，由于不存在高浓度的N型场截止层，保证了与正向耐压对称的反向耐压值。本专利技术的有益效果为，能够双向耐压相对于传统NPT结构，本专利技术具有更高速度和更低功耗的优点。实施例2如图3所示，本例与实施例1的区别在于本例中阳极短路槽之间沿器件横向方向上不等间距，通过距离的优化进行场截止效果和开关特性的折中。实施例3如图4所示，本例与实施例1的区别在于，栅极结构为平面栅，所述平面栅由第二绝缘介质31和位于第二绝缘介质31上表面的第二导电材料21构成；所述第二导电材料21的引出端为栅极；所述第二绝缘介质31与漂移区4上表面、N型存储层5、P型阱区表面6和部分N型发射极区7的上表面均接触，本例中，阳极短路槽之间沿器件横向方向上等间距。本例的工作原理为：本例的工作原理与实施例1类似，都是利用阳极短路槽实现较高的正反向耐压值和较低的关断损耗。实施例4如图5所示，本例与实施例3的区别在于本例中阳极短路槽之间沿器件横向方向上不等间距，通过距离的优化进行场截止效果和开关特性的折中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有阳极短路槽的RB‑IGBT，包括集电极结构、漂移区(4)、发射极结构和栅极结构，其中集电极结构位于漂移区下端，发射极结构和栅极结构位于漂移区(4)之上；所述发射极结构包括位于漂移区上表面的N型存储层(5)和位于N型层(5)上表面的P型阱区(6)，所述P型阱区(6)上层沿器件横向方向并列设置有N型发射极区(7)和P型体接触区(8)；所述N型发射极区(7)和P型体接触区(8)的共同引出端为发射极；其特征在于，所述集电极结构包括P型集电极层(1)与多个阳极短路槽，P型集电极层(1)位于N型漂移区(4)的下表面；所述阳极短路槽沿器件横向方向间断分布，且阳极短路槽沿器件垂直方向贯穿P型集电极层(1)延伸入N型漂移区(4)中；所述P型集电极层(1)和阳极短路槽的共同引出端为集电极；所述阳极短路槽由第一导电材料(22)和第一绝缘介质(32)构成，第一导电材料(22)位于第一绝缘介质(32)之中。

【技术特征摘要】
1.一种具有阳极短路槽的RB-IGBT，包括集电极结构、漂移区(4)、发射极结构和栅极结构，其中集电极结构位于漂移区下端，发射极结构和栅极结构位于漂移区(4)之上；所述发射极结构包括位于漂移区上表面的N型存储层(5)和位于N型层(5)上表面的P型阱区(6)，所述P型阱区(6)上层沿器件横向方向并列设置有N型发射极区(7)和P型体接触区(8)；所述N型发射极区(7)和P型体接触区(8)的共同引出端为发射极；其特征在于，所述集电极结构包括P型集电极层(1)与多个阳极短路槽，P型集电极层(1)位于N型漂移区(4)的下表面；所述阳极短路槽沿器件横向方向间断分布，且阳极短路槽沿器件垂直方向贯穿P型集电极层(1)延伸入N型漂移区(4)中；所述P型集电极层(1)和阳极短路槽的共同引出端为集电极；所述阳极短路槽由第一导电材料(22)和第一绝缘介质(32)构成，第一导电材料(22)位于第一绝缘介质(32)之中。2.根据权利要求1所述的一种具有阳极短路槽的RB-IGBT，其特征在于，所述栅极结构为沟槽栅，沟槽栅位于发射极结构的两侧；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小蓉，孙涛，黄琳华，邓高强，周坤，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51