[发明专利]一种逆导型IGBT器件

说明书

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，具体涉及逆导型绝缘栅双极型晶体管(RC-IGBT)。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种MOS场效应和双极型晶体管复合的新型电力电子器件。它既有MOSFET易于驱动，控制简单的优点，又有功率晶体管导通压降低，通态电流大，损耗小的优点，已成为现代电力电子电路中的核心电子元器件之一，广泛地应用在诸如通信、能源、交通、工业、医学、家用电器及航空航天等国民经济的各个领域。IGBT的应用对电力电子系统性能的提升起到了极为重要的作用。

在电力电子系统中，IGBT通常需要搭配续流二极管(FreeWheelingDiode)使用以确保系统的安全稳定。因此在传统IGBT模块或单管器件中，通常会有FWD与其反向并联，该方案不仅增加了器件的个数，模块的体积及生产成本，而且封装过程中焊点数的增加会影响器件的可靠性，金属连线所产生的寄生效应还影响器件的整体性能。

为了解决这一问题，实现产品的整体化，文献(Takahash,H；Yamamoto,A；Aono,S；Minato,T.1200VReverseConductingIGBT.Proceedingsof2004InternationalSymposiumonPowerSemiconductorDevices&ICs,2004,pp.24-27)提出了逆导型IGBT(ReverseConductingIGBT)，成功地将续流二极管集成在IGBT内部。其结构如图1所示，相比于传统无续流能力的IGBT，其特性在于其背部制作了与金属集电极连接的N+集电极短路区9，该区域同器件中P型基区5和N-漂移区7形成了寄生二极管结构，在续流模式下该寄生二极管导通电流。然而背部N+集电极短路区9的引入给器件的正向导通特性造成了不利影响。由图1可见，器件结构中表面沟道区，漂移区和背部N型区形成了寄生VDMOS结构。在小电流条件下，由于压降不足，背部P+集电区10与N型电场阻止层8形成的PN结无法开启，从沟道注入N-漂移区的电子直接从N集电极短路区11流出，导致器件呈现出VDMOS特性。只有当电子电流增大到一定程度，使得P+集电区10与N型电场阻止层8形成的PN结压降高于开启电压后，P+集电区10才会向N-漂移区7中注入空穴，形成电导调制效应，此时随着电流的提高，器件的正向压降会迅速下降，使得器件电流-电压曲线呈现出折回(Snapback)现象。在低温条件下snapback现象更加明显，这会导致器件无法正常开启，严重影响电力电子系统的稳定性。对于传统的逆导型IGBT，是通过增加P+集电区10的宽度，使其在较小的电流下，就可以达到背部P+集电区10与N型电场阻止层8形成的PN结的导通电压。但是，这种方法会严重影响在反向续流时的二极管导通特性，具有较差的反向恢复特性，并且电流集中问题严重，可靠性大大降低。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述问题，为优化逆导型IGBT续流二极管工作模式下的反向恢复特性与抑制IGBT模式下的snapback现象，提高器件的可靠性，提出一种逆导型IGBT器件。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种逆导型IGBT器件，如图2所示，其元胞结构包括N-漂移区8、位于N-漂移区8上层的发射极结构和栅极结构和位于N-漂移区8下层的集电极结构；所述栅极结构为沟槽栅，包括栅氧化层7和位于栅氧化层7中的多晶硅栅电极3；所述发射极结构位于两个沟槽栅之间，包括发射极金属2、N+发射区4、P型基区5和P+区6；所述N+发射区4位于P型基区5中，N+发射区4和P型基区5与栅氧化层连接；所述P+区6与P型基区5连接；所述发射极金属2位于N+发射区4和P+区6的上表面；所述集电极结构包括P+集电区11、N+集电极短路区12和金属集电极13；所述P+集电区11和N+集电极短路区12并列位于金属集电极13的上表面；所述P+集电区11和N+集电极短路区13的上表面与N-漂移区8之间具有N型电场阻止层9；其特征在于，所述P+区6之间的N-漂移区8上表面具有肖特基金属1，所述肖特基金属1与发射极金属2连接；所述集电极结构还包括N-区10，所述N-区10位于N型电场阻止层9与N+集电极短路区12和部分P+集电区11之间。

上述方案为栅极结构为沟槽栅时的器件结构。