[发明专利]一种能消除负阻效应的RC-IGBT

说明书

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（Insulate Gate Bipolar Transistor，简称IGBT），具体涉及能够反向导通的IGBT，即RC-IGBT（reverse-conducting insulated-gate bipolar transistor）。 

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。2002年E.Napoli等人提出了一种能够反向导通的IGBT称为RC-IGBT（reverse-conducting insulated-gate bipolar transistor，反向导通绝缘栅双极型晶体管），这种RC-IGBT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，其结构如图1所示，集电极是由P型集电区和N型集电区组成，且P型集电区和N型集电区在器件有源区底层呈均匀间隔分布状。这样在反向导通时IGBT的P型基区作为二极管的阳极，N型集电极作为二极管的阴极，实现了二极管的集成；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负阻效应（snapback），并且由于很多的P型集电区之间存在尺寸大小和工艺的影响会导致其电流不均匀，最终造成温度局域过高而存在可靠性方面的问题。 

发明内容

本发明提供一种能消除负阻效应的RC-IGBT，该RC-IGBT在传统RC-IGBT器件结构基础上，通过版图设计，改变IGBT区域和二极管区域的分布，使得器件的IGBT部分和二极管部分分离开来。通过这样的版图设计，使得RC-IGBT工作在IGBT模式下的时候，IGBT区域不受二极管的影响，工作在二极管模式下时，二极管的性质也不会受到IGBT的影响，实现了在正向导通的时候IGBT的独立工作能力，很好的抑制了Snapback现象。同时，在反 向导通二极管工作模式时，通过版图设计用P型过渡区作为二极管的阳极，N型集电区作为二极管的阴极，会提高二极管的导通性能。经验证在正向导通的时候，这种RC-IGBT没有Snapback现象且不论正向导通和反向导通的时候电流都很均匀。由于电流分布均匀在关断的时候关断时间较短，最终实现了静态导通压降和动态关断损耗之间的良好折中，提高了RC-IGBT综合性能。 

本发明的技术方案如下： 

一种能消除负阻效应的RC-IGBT，其结构如图2所示，包括器件有源区、器件过渡区和器件终端区；所述器件有源区包括P型集电区10、N-漂移区6、位于P型集电区10和N-漂移区6之间的N型缓冲层8，所述N-漂移区6表面具有多个均匀分布的P型体区5，所述P型体区5中具有与发射极金属相连的N+源区1；所述器件有源区还包括器件栅极结构，所述栅极结构由栅氧化层3和多晶硅栅电极2构成，其中栅氧化层3位于多晶硅栅电极2与P型体区5和N-漂移区6之间；所述器件过渡区包括N型集电区9、N-漂移区6、位于N型集电区9和N-漂移区6之间的N型缓冲层8，过渡区的N-漂移区6表面具有与发射极金属相连的P型过渡区；所述器件终端区包括P型集电区10、N-漂移区6、位于P型集电区10和N-漂移区6之间的N型缓冲层8；所述器件过渡区在器件横向方向上位于器件有源区和器件终端区之间。 

进一步地，上述技术方案中，所述器件过渡区环绕器件有源区（如图2所示）或所述器件过渡区与有源区各占一边（如图5所示）；所述器件栅极结构可以是平面栅结构，其中栅氧化层3位于部分P型体区5和N-漂移区6表面，多晶硅栅电极2位于栅氧化层3表面；所述器件栅极结构也可以是沟槽栅结构，其中多晶硅栅电极2向下穿过P型体区5并延伸入N-漂移区6；所述N-漂移区6内部还可以具有均匀分布且平行于器件纵向方向的P型柱区7，形成超结漂移区结构。