盲专网 - 一种消除负阻效应的RC-IGBT器件结构

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2020-01-09

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2020-06-23

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2022-04-01

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2040-01-09

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN202010023986.X	申请日	2020-01-09
公开/公告号	CN111211167B	公开/公告日	2022-04-01
授权日	2022-04-01	预估到期日	2040-01-09
申请年	2020年	公开/公告年	2022年
缴费截止日
分类号	H01L29/739 、H01L29/06 、H01L21/331	主分类号	H01L29/739
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	6
权利要求数量	7	非专利引证数量	1
引用专利数量	3	被引证专利数量	0
非专利引证	1、2018.03.01JP 2011114027 A,2011.06.09CN 107256890 A,2017.10.17CN 208352296 U,2019.01.08Ying Wang.A Low Turn-Off Loss 4H-SiCTrench IGBT With《.IEEE TRANSACTIONS ONELECTRON DEVICES》.2017,;
引用专利	US2011254050A、US10418470B、US2018061972A	被引证专利
专利权维持	3	专利申请国编码	CN
专利事件		事务标签	公开、实质审查、授权

申请人信息

申请人	杭州电子科技大学	第一申请人	杭州电子科技大学
专利权人	杭州电子科技大学	当前专利权人	杭州电子科技大学
发明人	王颖、张孝冬、于成浩、曹菲	第一发明人	王颖
地址	浙江省杭州市下沙高教园区2号大街	邮编	310018
申请人数量	1	发明人数量	4
申请人所在省	浙江省	申请人所在市	浙江省杭州市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

杭州君度专利代理事务所

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

杨舟涛

摘要

本发明提供了一种消除负阻效应的RC‑IGBT器件。该RC‑IGBT器件与传统器件相比，在N型集电区和P型集电区上方有混合交替排列的N型和P+型缓冲层，且最靠近N型集电区的P+柱边缘超过N型缓冲层。由于上述混合交替排列N型和P型的缓冲层对场截止区的多区段的隔离作用，电子或空穴需要爬过多个P型区域，增长了载流子运动路径，从而增大了RC‑IGBT器件在导通初期N型集电区上方电势差，使得该PN结更容易开启，器件更容易从单极导通转换为双极导通，进而抑制了RC‑IGBT器件在导通初期所产生的Snapback效应。

摘要附图
说明书附图：图1
说明书附图：图2
说明书附图：图3
说明书附图：图4
说明书附图：图5
说明书附图：图6
说明书附图：图7
说明书附图：图8

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2022-04-01	授权
2	2020-06-23	实质审查的生效	IPC(主分类): H01L 29/739 专利申请号: 202010023986.X 申请日: 2020.01.09
3	2020-05-29	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.一种消除负阻效应的RC‑IGBT器件结构，其特征在于，RC‑IGBT器件通过离子注入在N型衬底背面形成一定厚度的N‑buffer层，N‑buffer层的宽度小于N‑漂移区的宽度，一定厚度的N‑buffer层通过离子注入形成P+柱，进而形成一个N‑buffer层内部下沿带有多个P+柱的混合交替排列N型和P型的缓冲层；N型集电区和P型集电区被空隙分隔开，所述的N型集电区上方的P+柱不与P型集电区接触；N‑buffer层中最靠近N型集电区一侧的P+柱边缘超出N‑buffer层。

2.根据权利要求1所述的一种消除负阻效应的RC‑IGBT器件结构，其特征在于：所述的P+柱数量为三个。

3.根据权利要求1所述的一种消除负阻效应的RC‑IGBT器件结构，其特征在于：所述的
16 ‑3
离子注入一定厚度的N‑buffer层的掺杂浓度为1×10 cm 。

4.根据权利要求1所述的一种消除负阻效应的RC‑IGBT器件结构，其特征在于：N‑buffer层中最靠近N型集电区一侧的P+柱边缘与N型集电区外侧边缘的距离为1.2μm。

5.根据权利要求1所述的一种消除负阻效应的RC‑IGBT器件结构，其特征在于：所述的离子注入一定厚度的N‑buffer层的厚度为6μm。

6.根据权利要求1所述的一种消除负阻效应的RC‑IGBT器件结构，其特征在于：所述的
17 ‑3
离子注入一定厚度的混合P+柱/N‑buffer层的P+型掺杂浓度为1×10 cm 。

7.根据权利要求1所述的一种消除负阻效应的RC‑IGBT器件结构，其特征在于：所述的离子注入一定厚度的混合P+柱/N‑buffer层的P+型厚度为5μm。

说明书

技术领域

[0001] 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

[0002] 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，是一种集成了MOS(绝缘栅型场效应晶体管)控制和双极导通BJT(双极型晶体管)组成的功率半导体器件，相比传统VDMOS器件，IGBT具有电导调制作用，是一种双极器件。具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高、开关损耗小的优点，同时具有双极功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。

[0003] 电力电子系统中，IGBT通常需要与反向并联的快恢复二极管(Fast Recovery Diode，简称为FRD)配合使用。因此将FRD与IGBT单片地集成在一起的逆导型IGBT(Reverse Conductive IGBT)近年来得到了国内外的广泛关注。由于单片集成的IGBT和FRD共用同一个结终端，因此RC‑IGBT大大提高了硅片的利用率，降低了成本，并且避免了互连引线等的寄生效应，提高了器件的可靠性。相对传统IGBT器件，RC‑IGBT在成本和性能上的巨大优势，使得该器件具备了巨大的发展潜力。在关断瞬态期间，RC‑IGBT的N型集电区为漂移区残留的载流子提供了一条快速抽走的通道，因此可以大大减少关断时间。然而，传统RC‑IGBT在正向导通初期，器件由单极导通向双极导通转换过程中，会存在一个负阻区，称作Snapback现象，严重时导致器件无法开启，对器件可靠性及性能造成危害。

发明内容

[0004] 本发明的主要目的在于提供一种消除负阻效应的RC‑IGBT器件结构，以解决现有技术中的RC‑IGBT在正向导通初期产生的snapback现象，从而对器件可靠性及性能造成危害的问题。

[0005] 本发明一种消除负阻效应的RC‑IGBT器件结构，传统的RC‑IGBT器件通过离子注入在N型衬底背面形成一定厚度的N‑buffer层，N‑buffer层的宽度小于N‑漂移区的宽度；一定厚度的N‑buffer层通过离子注入形成P+柱，进而形成一个N‑buffer层内部下沿带有多个P+柱的混合交替排列N型和P型的缓冲层；N型集电区和P型集电区被空隙分隔开，所述的N型集电区上方的P+柱不与P型集电区接触；N‑buffer层中最靠近N型集电区一侧的P+柱边缘超出N‑buffer层。

[0006] 作为优选，所述的P+柱数量为三个。

[0007] 作为优选，所述的离子注入一定厚度的N‑buffer层的掺杂浓度为1×1016cm‑3，厚度为6μm。

[0008] 作为优选，所述的离子注入一定厚度的N‑buffer层的N型集电区上方的开口宽度为1.2μm。

[0009] 作为优选，所述的离子注入一定厚度的混合P+/N‑buffer层的P+型掺杂浓度为1×17 ‑3
10 cm ，厚度为5μm。

[0010] 本发明的有益效果在于：由于上述混合交替排列N型和P型的缓冲层对场截止区的多区段的隔离作用，载流子需要爬过多个P型区域，增长了载流子运动路径，从而增大了RC‑IGBT器件在导通初期N型集电区上方电势差，使得该PN结更容易开启，器件更容易从单极导通转换为双极导通，进而抑制了RC‑IGBT器件在导通初期所产生的Snapback效应。

实施方案

[0016] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明进行具体阐述。

[0017] 传统RC‑IGBT结构如图1所示，本发明提出的RC‑IGBT半元胞结构如图2所示，与传统RC‑IGBT相比，本发明提出的RC‑IGBT不同之处在于在N‑型漂移区的内底部引入了混合P+/N‑buffer层，如图3～6所示，其背面结构具体制作步骤如下：

[0018] 1.选用1200V RC‑IGBT器件，单个mos元胞宽度为10μm，半集电极宽度为10μm，厚度13 ‑3
为130μm；漂移区浓度为5.0×10 cm ，栅氧化层厚度为0.05μm；

[0019] 2.通过离子注入在N‑漂移区底部形成宽度为8.5μm、厚度为10μm、掺杂浓度为1.016 ‑3
×10 cm 的N‑缓冲层。

[0020] 3.通过离子注入在N‑缓冲层内部底部制作3个P+柱区，纵向注入结深为5μm，横向17 ‑3
注入宽度1μm，掺杂浓度为1.0×10 cm ，其中最接近N‑漂移区的P+柱边缘超出N‑buffer层。

[0021] 4.继续分别离子注入形成N+集电区和P+集电区，并刻蚀N+集电区和P+集电区交接处，形成空隙隔离，使N+型集电区上方的P+柱不与P+型集电区接触。

[0022] 根据图7所示仿真结果可以得出，当mos元胞宽度为10μm、半集电极宽度为320μm时，图1结构的传统RC‑IGBT表现出明显的snapback现象。

[0023] 根据图8所示仿真结果可以得出，当mos元胞宽度为10μm、半集电极宽度为10μm时，图2结构的RC‑IGBT没有snapback现象。

[0024] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。应注意到的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的调制和优化，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

附图说明

[0011] 图1示出了传统RC‑IGBT结构示意图；

[0012] 图2示出了基于本发明设计的RC‑IGBT半元胞结构示意图；

[0013] 图3～6示出了图2所示结构中背面结构的制作流程示意图；

[0014] 图7示出了图1所示结构的IV曲线图；

[0015] 图8示出了图2所示结构的IV曲线图。

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实施方案

附图说明