[发明专利]一种集电极隔离逆导型绝缘栅双极型晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种集电极隔离逆导型绝缘栅双极型晶体管，包括从上到下依次设置的MOS栅极区、N‑漂移区和P⁺集电极，P⁺集电极一侧依次设置有隔离区和N⁺短路区，隔离区将P⁺集电区和N⁺短路区隔离开；N⁺短路区上表面还设置有P‑stop层，N‑漂移区内还设置有N型浮置场阻止层。本发明还公开了该种一种集电极隔离逆导型绝缘栅双极型晶体管的制备方法，与常规RC‑IGBT相比，在相同结构参数下，阻断特性有所提升；正向导通特性中电压折回现象完全消除；本发明隔离区中采用Si₃N₄材料后，其逆向导通压降大大减小，因此具有Si₃N₄结构的一种集电极隔离逆导型绝缘栅双极型晶体管逆向导通功耗极大地减小。

技术领域

本发明属于电力半导体器件技术领域，涉及一种集电极隔离逆导型绝缘栅双极型晶体管，本发明还涉及该集电极隔离逆导型绝缘栅双极型晶体管的制备方法。

背景技术

IGBT在应用中离不开续流二极管，通常将IGBT和续流二极管封装成模块一起使用。将IGBT和续流二极管芯片封装在一起，可以有效缩减制造封装成本和模块的面积。但两个芯片的散热及开关匹配等方面都存在较大的缺点。为了改进这一缺陷、降低成本、提高芯片的功率密度，通过将IGBT与二极管制作在一个芯片上，实现单片工艺集成，即形成RC-IGBT。

常规RC-IGBT是在传统IGBT基础上，保持器件表面MOS场效应晶体管结构不变，将P⁺集电极(也称阳极)部分用N⁺短路区替代。由MOS结构为IGBT提供电子，漂移区为IGBT提供击穿耐压所需的耗尽层，P⁺集电极为IGBT提供空穴，故将P⁺集电极上方区域称为IGBT区。同理MOS结构的P阱作为续流二极管的阳极，漂移区为续流二极管提供击穿耐压所需的耗尽层，N⁺短路区作为续流二极管的阴极，故将N⁺短路区上方区域称为续流二极管区，这样可以把RC-IGBT的结构分为IGBT区和续流二极管区。当栅极和集电极加正向电压时，此时RC-IGBT中的IGBT部分开始工作，集成续流二极管截止。当IGBT关断时，感性电路中的电感通过RC-IGBT体内集成的续流二极管进行续流放电，此时续流二极管正向导通。因此RC-IGBT实现了正反向均可以导通的功能，且RC-IGBT中的IGBT和续流二极管的漂移区合二为一，还能缩减终端设计步骤，节约了制造成本。

图2是RC-IGBT正向和逆向导通特性曲线，位于第一象限的为正向导通特性，可以明显的看出，正向导通特性中存在电压折回现象，即正向导通时的负阻效应。第三象限为RC-IGBT的逆向导通特性曲线。图2中可以看出，RC-IGBT具有逆向导通能力。RC-IGBT电压折回现象发生的根本原因，是由正向导通过程中单极型模式工作的MOSFET向双极型模式工作的IGBT切换时造成的。单极型模式只有MOSFET中的电子参与导电，其电流密度小，器件导通压降较高，而双极型工作模式既有电子参与导电，又有空穴参与导电，其工作电流密度大，正向导通压降相对较小。当这两种方式切换时，便产生电压折回现象。电压折回现象与RC-IGBT的集电极版图设计和场阻止层(Field Stop,FS)层掺杂浓度有直接的关系，是导通过程中的不利因素，应当被抑制或消除。否则会引起并联的RC-IGBT芯片导通电流分布不均，使得器件开启时间不统一，电流集中流向单个芯片，导致芯片电流过大而被烧毁。

发明内容

本发明提供一种集电极隔离逆导型绝缘栅双极型晶体管，可有效抑制传统RC-IGBT中电压折回现象，同时晶体管具有较低的关断损耗。

本发明的另一个目的是提供集电极隔离逆导型绝缘栅双极型晶体管的制备方法。