[发明专利]一种双模式绝缘栅晶体管

说明书

技术领域

本发明属于IGBT技术领域，特别涉及一种双模式绝缘栅晶体管。

背景技术

RC-IGBT是将传统IGBT背面集电区中引入N+掺杂区域(N+集电区)，从而使器件增加了一个反向电流通道。RC-IGBT具有成本和性能上的优势，在一些领域可以替代传统IGBT。RC-IGBT最大的问题是导通时电压会出现snap-back(以后简称“回跳”)，极大的限制了器件的应用。为了抑制回跳现象，RC-IGBT通常需要保证相邻的N+集电区的间距足够大，但这样也造成芯片内部电流分布不均匀，影响器件的可靠性。为此，人们提出了BIGT(双模式绝缘栅晶体管)结构，将RC-IGBT和传统IGBT结构集成在同一芯片。根据器件工作原理，将芯片内部传统IGBT区域称为引导区(Pilot IGBT区)。引导区主要作用是在导通初期引导器件进入IGBT模式，从而避免了回跳的出现，这使得RC-IGBT的设计更加自由，可以为改善电流均匀性将相邻的N+集电区间距缩小。

引导区的引入，使得RC-IGBT区的设计更加自由，N+集电区间距的设计不要考虑抑制回跳的问题。这使得设计自由度增加，也有利于更充分地优化RC-IGBT的整体性能。所以双模式绝缘栅晶体管芯片中的RC-IGBT区，N+集电区间距可以适当减小以改善芯片内部的电流均匀性问题。但双模式绝缘栅晶体管并没有彻底改善芯片内部的电流均匀性，实事上只有RC-IGBT区的电流分布较为均匀，而引导区及附近N+集电区电流均匀性仍然较差。比如，当双模式绝缘栅晶体管工作于IGBT模式时，引导区中间区域电流密度比引导区边缘及逆导区的电流密度要大很多。当双模式绝缘栅晶体管工作于二极管模式时，与引导区相邻的N+集电区的电流密度较其它N+集电区的电流密度大很多。因此双模式绝缘栅晶体管的器件结构仍然存在可靠性风险。

双模式绝缘栅晶体管可以使得RC-IGBT的设计更加自由，在一定程度上改善了芯片内部电流的均匀性，但双模式绝缘栅晶体管的引导区附近仍会出较严重的电流集中问题，导致芯片的可靠性较差，主要表面为以下几个方面：

第一、芯片内部不同区域温度差较大，芯片内部由于温度梯度引入了较大的应力导致器件的功率循环能力较差。

第二、由于电流会集中在某些特点区域，当器件承受电流过冲时会导致芯片某些薄弱区域烧毁，导致器件的抗电流过冲能力较差。

第三、由于电流可会集中在某些特点区域，导致器件的抗短路能力较差。

以上三个方面均会造成器件可靠性较差，不利于器件长期安全工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双模式绝缘栅晶体管，解决了现有技术中双模式绝缘栅晶体管引导区尺寸太大，导致引导区及其附近区域电流集中较严重的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种双模式绝缘栅晶体管，包括逆导区和引导区；

所述逆导区和所述引导区均包括P+集电区，漂移区和MOS元胞区，所述漂移区均在所述P+集电区的上方，所述MOS元胞区均在所述漂移区的上方；

所述逆导区还包括N+集电区，所述N+集电区与所述P+集电区相间分布；

所述引导区还包括分离区或低掺杂区，所述分离区将所述引导区的P+集电区与所述逆导区的P+集电区和所述N+集电区隔离，所述低掺杂区在所述引导区的P+集电区的上方。

进一步地，所述逆导区和所述引导区均还可以设置N+缓冲层，所述逆导区的N+缓冲层在所述逆导区的P+集电区或N+集电区和所述逆导区的漂移区之间，所述引导区的N+缓冲层在所述引导区的P+集电区和所述引导区的漂移区之间，所述引导区的分离区将所述逆导区的N+缓冲层和所述引导区的N+缓冲层隔离。

进一步地，所述分离区的下方还有一绝缘体区，所述绝缘体区位于硅衬底与集电极金属层之间，通过调整所述绝缘体区的宽度使所述引导区的N+缓冲层与集电极金属电位隔离。

进一步地，所述分离区为填充有绝缘体的沟槽。

进一步地，所述引导区的N+缓冲层掺杂浓度小于所述逆导区N+缓冲层掺杂浓度。

进一步地，所述低掺杂区的掺杂浓度均小于所述引导区的N+缓冲层和所述引导区的P+集电区的掺杂浓度。