一种RC-IGBT器件及其制造方法技术

一种RC

【技术实现步骤摘要】
一种RC
‑
IGBT器件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及RC
‑
IGBT器件
，具体涉及一种RC
‑
IGBT器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]反向导通IGBT（简称RC
‑
IGBT）是一种将IGBT与FRD（快恢复二极管）集成在一个芯片上，有效提高功率系统的功率密度，减少芯片生产成本。
[0003]传统的RC
‑
IGBT在IGBT背面的集电极引入了N+短路区，从而形成一个寄生二极管，该二极管与IGBT反向并联，当IGBT发射极正偏置，集电极0或接地时，二极管导通，电流从IGBT正面发射经过PN结流到背面的N+区集电极。但由于IGBT正向导通时，即IGBT发射极0或接地，背面集电极正偏置时，IGBT的漂移区处于大注入的情况，切换为FRD工作状态时，体内的大量的非平衡少子完全复合导致了大的反向恢复电荷与反向恢复电流，过大的反向恢复电流将会降低电力电子系统的可靠性。
[0004]另外一些传统的RC
‑
IGBT采用与FRD相同的载流子寿命控制技术，减少了体内载流子寿命，从而降低反向恢复电流，但这将导致器件电阻率增高，VF（IGBT的正向管压降）和Vcesat（饱和电压）增加。
[0005]可见，现有的RC
‑
IGBT存在器件性能不足的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术主要解决的技术问题是现有的RC
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IGBT存在器件性能不足的问题。
[0007]根据第一方面，一种实施例中提供一种RC
‑
IGBT器件，包括至少一个元胞，其特征在于，元胞包括第一电极、第二电极以及位于第一电极和第二电极之间的半导体单元，半导体单元包括：漂移区，其具有第二导电类型；势垒层，其位于漂移区上方，具有第二导电类型；基区，其位于势垒层的上方，具有第一导电类型，与第一电极电连接；阳极区，基区部分或全部作为阳极区，与第一电极电连接；第一柱区，其位于势垒层上方，具有第二导电类型；势垒层通过第一柱区与第一电极电连接，第一柱区的掺杂浓度小于发射区且与第一电极形成肖特基接触；第一底区，其具有第一导电类型，位于漂移区与势垒层之间；第一沟槽栅，第一沟槽栅穿通基区、势垒层并延伸到漂移区，用于连接第一控制信号，在第一控制信号下开启或关断；第二沟槽栅，第二沟槽栅穿通基区、势垒层并延伸到漂移区，用于连接第二控制信号，在第二控制信号下开启或关断；第一控制信号与第二控制信号为不同的两个控制信号；发射区，其具有第二导电类型，形成在基区上且与第一沟槽栅接触，与第一电极电连接；第一导电类型和第二导电类型属于不同的半导体导电类型；RC
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IGBT器件具有第一工作状态与第二工作状态；
在第一工作状态中，第一沟槽栅开启，第二沟槽栅开启，第一电极连接低电平；第一电极通过阳极区以及势垒层连通第一底区，通过第一底区将漂移区中靠近阳极区的空穴抽取；在第二工作状态中，第一沟槽栅关断，第二沟槽栅关断，第一电极连接高电平；第一电极通过第一柱区连通势垒层，第一底区用于减少第一电极从漂移区抽取电子，以增强RC
‑
IGBT器件的注入增强效应。
[0008]根据第二方面，一种实施例中提供一种RC
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IGBT器件的制造方法，包括：提供一衬底，衬底的部分或全部作为RC
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IGBT器件的漂移区，衬底具有第二导电类型；在衬底的正面形成第一沟槽与第二沟槽，在第一沟槽上形成第一沟槽栅，在第二沟槽上形成第二沟槽栅；在漂移区上形成第一底区、势垒层、第一柱区以及基区，势垒层与第一柱区均具有第二导电类型且掺杂浓度大于漂移区的掺杂浓度；第一底区与基区具有第一导电类型，基区部分或全部作为RC
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IGBT器件的阳极区；在基区上形成发射区，发射区形成在第一沟槽栅的一侧并与第一沟槽栅接触，其具有第二导电类型；在RC
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IGBT器件的正面形成第一电极，第一电极分别与发射区、第一柱区、基区电连接；其中，第一柱区的掺杂浓度小于发射区且与第一电极形成肖特基接触，第一导电类型和第二导电类型属于不同的半导体导电类型。
[0009]根据第三方面，一种实施例中提供一种RC
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IGBT器件，采用第二方面所述的制造方法制成。
[0010]根据第四方面，一种实施例中提供一种RC
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IGBT器件，包括至少一个元胞，元胞包括第一电极、第二电极以及位于第一电极和第二电极之间的半导体单元，半导体单元包括：漂移区，其具有第二导电类型；势垒层，其位于漂移区上方，具有第二导电类型；基区，其位于势垒层的上方，具有第一导电类型，与第一电极电连接；阳极区，基区部分或全部作为阳极区，与第一电极电连接；第一柱区，其位于势垒层上方，具有第二导电类型；势垒层通过第一柱区与第一电极电连接，第一柱区的掺杂浓度小于发射区且与第一电极形成肖特基接触；第一沟槽栅，第一沟槽栅穿通基区、势垒层并延伸到漂移区；发射区，其具有第二导电类型，形成在基区上且与第一沟槽栅接触，与第一电极电连接；第一导电类型和第二导电类型属于不同的半导体导电类型；第一底区，其具有第一导电类型，位于漂移区与势垒层之间，第一底区的掺杂浓度小于阳极区的掺杂浓度；RC
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IGBT器件还具有二极管工作状态；第一底区用于降低RC
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IGBT器件在二极管工作状态时的空穴注入效率；在二极管工作状态中，第一电极连接高电平，第一电极通过阳极区以及第一底区同时向漂移区注入空穴，第一电极还通过第一柱区与势垒层收集第二电极向漂移区注入的电子，以减少RC
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IGBT器件中的非平衡载流子。
[0011]依据上述实施例的RC
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IGBT器件及其制造方法，通过在引入控制栅极、第一柱区、势垒层以及第一底区，使得RC
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IGBT器件具有第一工作状态以及第二工作状态，分别在二极管工作状态以及IGBT工作状态之前分别实现抽取空穴以及注入电子的效果，可以减少非平衡载流子积累以及增强注入增强效应，降低反向恢复电流以及降低开关损耗。
附图说明
[0012]图1为现有的RC
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IGBT器件的结构示意图；图2为本申请一种实施例提供的RC
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IGBT器件的第一结构示意图；图3为本申请一种实施例提供的工作状态的示意图；图4为本申请一种实施例提供的空穴抽取的示意图；图5为本申请一种实施例提供的二极管工作状态的示意图；图6为本申请一种实施例提供的IGBT工作状态的示意图；图7为本申请一种实施例提供的RC
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IGBT器件的第二结构示意图；图8为本申请一种实施例提供的RC
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IGBT器件的第三结构示意图；图9为本申请一种实施例提供的RC
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IGBT的制造方法的流程图；图10为本申请一种实施例提供的RC
‑
IGB本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RC
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IGBT器件，包括至少一个元胞，其特征在于，所述元胞包括第一电极（100）、第二电极（200）以及位于所述第一电极（100）和第二电极（200）之间的半导体单元，所述半导体单元包括：漂移区（1），其具有第二导电类型；势垒层（7），其位于所述漂移区（1）上方，具有第二导电类型；基区（2），其位于所述势垒层（7）的上方，具有第一导电类型，与所述第一电极（100）电连接；阳极区（3），所述基区（2）部分或全部作为所述阳极区（3），与所述第一电极（100）电连接；第一柱区（8），其位于所述势垒层（7）上方，具有第二导电类型；所述势垒层（7）通过所述第一柱区（8）与所述第一电极（100）电连接，所述第一柱区（8）的掺杂浓度小于发射区（6）且与所述第一电极（100）形成肖特基接触；第一底区（9），其具有第一导电类型，位于所述漂移区（1）与所述势垒层（7）之间；第一沟槽栅（4），所述第一沟槽栅（4）穿通所述基区（2）、势垒层（7）并延伸到所述漂移区（1）；第二沟槽栅（5），所述第二沟槽栅（5）穿通所述基区（2）、势垒层（7）并延伸到所述漂移区（1）；发射区（6），其具有第二导电类型，形成在所述基区（2）上且与所述第一沟槽栅（4）接触，与所述第一电极（100）电连接；所述第一导电类型和第二导电类型属于不同的半导体导电类型；所述RC
‑
IGBT器件具有第一工作状态与第二工作状态；在所述第一工作状态中，所述第一沟槽栅（4）开启，所述第二沟槽栅（5）开启，所述第一电极（100）连接低电平；所述第一电极（100）通过所述阳极区（3）以及势垒层（7）连通所述第一底区（9），通过所述第一底区（9）将所述漂移区（1）中靠近所述阳极区（3）的空穴抽取；在所述第二工作状态中，所述第一沟槽栅（4）关断，所述第二沟槽栅（5）关断，所述第一电极（100）连接高电平；所述第一电极（100）通过所述第一柱区（8）连通所述势垒层（7），所述第一底区（9）用于减少所述第一电极（100）从所述漂移区（1）抽取电子，以增强所述RC
‑
IGBT器件的注入增强效应。2.如权利要求1所述的RC
‑
IGBT器件，其特征在于，所述RC
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IGBT器件还包括所述RC
‑
IGBT器件还具有二极管工作状态；所述第一底区（9）的掺杂浓度小于所述阳极区（3）的掺杂浓度；所述第一底区（9）用于降低所述RC
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IGBT器件在所述二极管工作状态时的空穴注入效率；在所述二极管工作状态中，所述第一沟槽栅（4）关断，所述第二沟槽栅（5）开启，所述第一电极（100）连接高电平；所述第一电极（100）通过所述阳极区（3）以及所述第一底区（9）同时向所述漂移区（1）注入空穴，所述第一电极（100）还通过所述第一柱区（8）与所述势垒层（7）收集所述第二电极（200）向所述漂移区（1）注入的电子，以减少所述RC
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IGBT器件中的非平衡载流子。3.如权利要求1所述的RC
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IGBT器件，其特征在于，所述RC
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IGBT器件还具有IGBT工作状态与二极管工作状态；
所述第一工作状态在所述IGBT工作状态之后，在所述二极管工作状态之前；所述第二工作状态在所述IGBT工作状态之前。4.如权利要求1所述的RC
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IGBT器件，其特征在于，所述第一柱区（8）的掺杂浓度大于所述势垒层（7）的掺杂浓度，第一柱区（8）的掺杂浓度小于所述发射区（6）的掺杂浓度。5.如权利要求1所述的RC
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IGBT器件，其特征在于，所述RC
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IGBT器件还包括：缓冲层（10），其位于所述漂移区（1）的下方，所述缓冲层（10）具有第二导电类型，所述缓冲层（10）用于在所述RC
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IGBT器件处于正向耐压过程中作为场截止层，所述缓冲层（10）的掺杂浓度大于所述漂移区（1）的掺杂浓度。6.如权利要求1所述的RC
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IGBT器件，其特征在于，所述RC
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IGBT器件还包括：阴极区（12），其...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋礼聪，何昌，王海强，袁秉荣，陈佳旅，
申请(专利权)人：深圳市美浦森半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：