[发明专利]一种柱状缓冲层的RC-IGBT器件结构

说明书

本发明提供了一种柱状缓冲层的RC‑IGBT器件结构。该RC‑IGBT器件与传统器件相比，在器件的P型集电区上方有分离排列的N型柱状结构。由于上述分离排列的N型柱状结构对电场具有夹断作用，所以可以对电场起到缓冲作用。同时，分离排列的N型柱状结构可以引导正向导通初期的电子沿着分离排列的N型柱状结构横向流动，因此增加了电子导通路径的电阻，抑制了RC‑IGBT器件输出特性的第一象限的Snapback效应。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种消除负阻效应的RC-IGBT 器件结构。

背景技术

逆导型绝缘栅双极型晶体管(RC-IGBT)，是一种集成了MOSFET、PNP和反并联续流二极管的功率半导体器件。相比传统的IGBT模块，RC-IGBT模块具有更高的功率密度、更小的芯片面积、更低的功率损耗。因此，相比传统的IGBT器件，RC-IGBT在性能上的优势更加具有潜力。

在正向导通初期(输出特性的第一象限)，由MOSFET结构部分释放的电子一开始会平均地分散在漂移区，并向下流动。可以发现，其中只有一少部分的电子是直接流入N型集电区，剩下的大部分电子会经历不同的横向导通路径才能到达 N型集电区。这部分的电子具有不同的电子横向路径。该横向路径处于P型集电区上方，往往位于缓冲层内部。若是能增大缓冲层处的电阻，则可以大大地抑制 snapback效应。最直接、常用的增大缓冲层的电阻的方式为降低缓冲层的掺杂浓度。然而，该方法不可避免地会降低整个器件的正向阻断能力。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种既可以提高缓冲层处电阻，又可以不损伤器件的正向阻断能力的方法，以解决现有技术中的传统的RC-IGBT的snapback效应，从而提高器件可靠性的问题。

本发明提供了一种消除负阻效应的具有柱状缓冲层的RC-IGBT器件结构。该 RC-IGBT器件与传统器件相比，在器件的P型集电区上方有分离排列的N型柱状结构。由于上述分离排列的N型柱状结构对电场具有夹断作用，所以可以对电场起到缓冲作用。同时，分离排列的N型柱状结构可以引导正向导通初期的电子沿着分离排列的N型柱状结构横向流动，因此增加了电子导通路径的电阻，抑制了 RC-IGBT器件输出特性的第一象限的Snapback效应。

一种消除负阻效应的RC-IGBT器件结构，具有多个MOS元胞结构并联的传统的RC-IGBT器件通过离子注入在N型衬底背面形成N型柱状结构，N型柱状结构的掺杂浓度高于N-漂移区的浓度，N型杂质通过离子注入形成N型柱状结构；N型集电区上方没有N型柱状结构，P型集电区上方有N型柱状结构；N 型柱状结构之间存在低掺杂的N型区域。

作为优选，所述的N型柱状结构的数量为3～30个。

作为优选，所述的离子注入的N型柱状结构的掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3以上。

作为优选，所述的元器件半集电极长度为200～400μm。

作为优选，所述的离子注入的N型柱状结构的厚度为6～18μm。

作为优选，并联的MOS元胞结构的间距为10～40μm。

作为优选，N型集电区和P型集电区的长度比值为1:3～1:9。

作为优选，所述的N型柱状结构的数量为10个。

作为优选，所述的离子注入一定厚度的N型柱状结构的掺杂浓度为1×10¹⁸ cm^-3。

作为优选，所述的元器件半集电极长度为200μm。

作为优选，所述的离子注入一定厚度的N型柱状结构的厚度为10μm。

作为优选，所述的并联的MOS元胞结构的间距为20μm。