[发明专利]一种沟槽栅RC‑IGBT及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电力半导体器件技术领域，具体涉及一种沟槽栅RC-IGBT，本发明还涉及该种沟槽栅RC-IGBT的制备方法。

背景技术

随着电能被广泛应用于各种领域，随之发展起来的电力电子技术致力于实现能量的高效转换和控制，而电力电子系统又决定于功率开关半导体器件。因此，功率开关半导体器件是当代电力电子技术发展的核心。功率开关半导体器件一直沿着理想功率开关的方向发展和前进，所谓的理想开关，具体指的是低驱动功耗、低开态关态损耗、低导通损耗。IGBT具有绝缘栅型场效应管的高输入阻抗及双极型晶体管的低导通压降、以及驱动电路简单、安全工作区宽等优点。但是IGBT不具备反向导通能力，所以在大部分的IGBT应用电路中，都会给它反并联续流二极管以作保护。早期做法是分别制作IGBT和二极管，再将它们集成封装在一起，做成IGBT、二极管对。两者性能往往不匹配并且在焊接时容易引入寄生电感，导致实际IGBT应用成本高可靠性不好。为降低成本、提高芯片的功率密度，人们开始通过工艺将IGBT与二极管集成，发展RC-IGBT(即逆向导通型绝缘栅双极型晶体管)。

传统的RC-IGBT在集电极的电流密度较低时，由P⁺集电极区和N型缓冲层构成的p-n结不能正向导通。电子从发射极流向N⁺型集电极区，器件工作在单极模式。随着电流的增大，P⁺型集电极区和N型缓冲层构成的p-n结更加正偏，P⁺型集电极区的空穴注入N^-型漂移区，产生电导调制现象，由于器件会存在一个由单极模式到双极模式的转换，所以在器件导通过程中会出现随着电流增大，电阻迅速减小的过程。直至P⁺型集电极区和N型缓冲层构成的p-n结完全正偏。在正向导通的输出特性曲线出现一个负阻区。当RC-IGBT处于反向工作时，p-base区相当于续流二极管的阳极，N⁺型集电极相当于续流二极管的阴极。设RC-IGBT的电压开始折回时的阳极电压为V_SB，并且假设RC-IGBT发生电压折回之后的最小阳极电压为V_H。它们分别对应正反馈过程的开始和结束时的阳极电压。同时，定义ΔV_SB＝V_SB-V_H，它是电导调制效应带来的阳极电压减小幅度，也是能反映电压折回程度的一个关键参数。可以认为当ΔV_SB＝0时，电压折回现象消失。

式中V_cr为当器件从单极型模式转变成双极型模式时P⁺型集电极区和N型缓冲层上的电压降；R_cs为集电极的短路电阻；R_drift为N^-型漂移区的电阻；R_ch为MOS通道的电阻，传统RC-IGBT效消电压回跳是通过增大P⁺型集电极的宽度来增大短路电阻来消除V_SB，但是这样会导致另一种缺陷即会引发电流分布不均匀，严重时会烧毁器件。

传统的RC-IGBT虽然具有、造价低廉、制作简单，然而它在正向导通时由于器件宽度较大会出现电流分布不均匀和续流二极管反向恢复性能较差。为克服电流分布不均匀经常采取降低器件宽度来实现，然而这样做会导致RC-IGBT在正向导通时会产生电压回跳。因此需要采用新结构解决这样的矛盾。并且改善传统RC-IGBT反向恢复性能较差这些缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种沟槽栅RC-IGBT，可以大幅降低了器件的导通压降，并解决了现有技术中存在的传统RC-IGBT正向工作时电流分布不均匀，及反向工作时反向恢复峰值电流过大的问题。

本发明的另一个目的是提供该种沟槽栅RC-IGBT的制备方法。