[发明专利]一种通过MOSFET控制结终端集成体二极管的RC-IGBT器件

说明书

本发明涉及RC‑IGBT，属于半导体功率器件领域，包括从上至下设置的阴极层、N‑漂移区、N缓冲层和集电区，集电区包括同层设置的N集电区和P集电区，阴极层内间隔设置有若干多晶硅栅电极，每个栅电极被SiO₂栅氧化层包围；RC‑IGBT器件从左到右为有源区、过渡区和结终端区，结终端区底层完全由N集电区构成。本发明利用结终端区集成了体二极管，结终端的场限环P‑ring作为二极管的阳极，结终端区底层的N集电区作为二极管的阴极，其导通状态受集成在过渡区的MOSFET的控制。本发明所提出的RC‑IGBT器件在正向导通IGBT模式下能彻底消除snapback现象，且正向导通压降降低了19.4%，这种结构大大提高了RC‑IGBT的性能。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件领域，具体涉及一种通过MOSFET控制结终端集成体二极管的RC-IGBT器件。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)因其耐压等级可以从600V跨度到6500V，被广泛应用于高铁、新能源开发、家用电器、智能电网等领域。但IGBT是一个单向导通器件，反向导通时等效于两个背靠背的二极管从而无法导通。在IGBT典型逆变电路应用中就需要反并联一个续流二极管FWD(Free Wheeling Diode)以作保护作用。RC-IGBT(Reverse-Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor,逆导型绝缘栅双极型晶体管)将IGBT的部分集电极P-Collector用N-Collector取代，集电极P-Collector和N-Collector间隔排列其结构如图1所示。使得原来IGBT中两个背靠背二极管P-body/N-drift，N-buffer/P-Collector变成了P-body/N-drift，N-buffer/N-Collector一个二极管结构，实现了IGBT内部二极管的集成。不但提高了芯片的集成度还能够节约成本，消除了IGBT芯片与二极管芯片之间存在的温度差，提高了可靠性。

但是传统RC-IGBT有存在自身的一些缺点：一方面由于N-Collector的引入，从MOS流出的电子在流向集电极时首先流向低势垒的N-Collector，并在底部的PN结(P-Collector/N-buffer)上产生一个电势差VPN如图2所示。当VPN<0.7V时只有电子参与导电，RC-IGBT工作在单极性导电模式下。当VPN≥0.7V时,P-Collector向漂移区注入空穴，RC-IGBT工作在双极性导电模式下。由于两种导电模式的转换导致了输出曲线上电流电压的突变，即出现了负阻Snapback现象。这种现象使得RC-IGBT在并联使用时一些器件完全不能进入IGBT的工作模式，一些器件则因电流过大温度过高造成器件烧毁，最终导致整个电路系统崩溃。

另一方面，传统RC-IGBT器件版图如图3所示，由于N-Collector作为FWD的阴极，其上方区域为FWD区，P-Collector作为IGBT的阳极，其上方区域为IGBT区，传统RC-IGBT的IGBT与FWD混合在同一个有源区内(Active region)。这样传统RC-IGBT不论工作在IGBT正向导通模式或者FWD反向导通模式，都只有有源区导通电流，而结终端区(Edgetermination)面积很大如图1图3所示，却只起到一个承受反向击穿电压的作用，无导通电流流过，造成电流分布不均匀且芯片利用率低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种通过MOSFET控制结终端集成体二极管的RC-IGBT器件。