[发明专利]一种集成MOS电流采样结构的RC-IGBT

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种集成MOS电流采样结构的逆导型IGBT。本发明主要在传统RC‑IGBT器件的基础上，在不增加工艺步骤的前提下，引入了MOS电流采样结构17，该结构用于RC‑IGBT器件的电流采样。相对于IGBT模块来讲，RC‑IGBT比常规IGBT具有更高的集成度，本发明将IGBT模块中的采样功能集成于RC‑IGBT内部，能够进一步减小IGBT模块体积，降低成本。采用MOS电流采样结构17，可以快速反映RC‑IGBT的电流变化，提高器件的可靠性；采用二极管元胞区域16形成的隔离区，可以减小IGBT主元胞区15对MOS电流采样区17的影响，提高采样精度。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种集成MOS电流采样结构的RC-IGBT。

背景技术

逆导型绝缘栅双极型晶体管(RC-IGBT)是一种新型IGBT器件，它将IGBT元胞结构和快恢复二极管(FRD)元胞结构集成在同一个芯片上。相比于传统IGBT结构，RC-IGBT在成本、功率密度、寄生参数和可靠性等领域均有优势。

随着IGBT模块封装技术的进步和应用要求的不断提高，智能功率模块(IPM)正在快速发展，IPM是在普通IGBT模块的基础上将驱动电路和保护电路封装在模块内部，从而提高了模块的可靠性和集成度。而过流保护是IPM的一个重要功能，为实现这一功能，一般会在模块内部集成电流传感器。但大多数制造厂商都选择采用分立式的电流传感器，此种方法在模块面积以及采样精度上存在不足；针对这一不足，一些制造厂商会选择将电流采样结构集成到IGBT芯片内部来进一步提高模块的性能。其中最为简单且易于实现的采样结构是等比例IGBT元胞，该采样结构是将IGBT芯片内部分区域的IGBT元胞作为电流采样元胞，从而实现电流采样功能。

集成电流采样功能的逆导型IGBT相比于集成电流采样能力的常规IGBT具有以下优势。首先在工艺制备方面，RC-IGBT相比于常规IGBT结构对工艺线的背部加工能力有一定要求，这也使在电流采样结构上有了多样化的设计和选择，在采样精度方面也可以从背部工艺上做出调整；在模块体积方面，RC-IGBT的集成度会更高，在一些对模块体积有苛刻要求的应用场所下更有优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成MOS电流采样结构的RC-IGBT器件，用于获得更快的过流反应能力，提高RC-IGBT的集成度和可靠性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

如图1所示，一种集成MOS电流采样结构的RC-IGBT，其元胞结构包括从下至上依次层叠设置的金属化集电极1、衬底层、第一导电类型FS层4和顶部半导体层；所述顶部半导体层包括第一导电类型区域5、位于第一导电类型区域5上层的第二导电类型半导体掺杂区6、位于第一导电类型区域5上层两端的第一第二导电类型区71和第二第二导电类型区72、位于第二导电类型半导体掺杂区6靠近第一第二导电类型区71侧面的第三第二导电类型区73、位于第二导电类型半导体掺杂区6和第二第二导电类型区72之间第四第二导电类型区74、位于第一导电类型区域5上表面两端的第一栅极结构和第二栅极结构、位于第一栅极结构上的金属化发射极13、位于第二栅极结构上的金属化采样电极14、位于第二导电类型半导体掺杂区6上表面的氧化层10；

所述第一第二导电类型区71、第二第二导电类型区72、第三第二导电类型区73和第四第二导电类型区74上层均具有第五第二导电类型区和重掺杂第一导电类型区，且位于第一第二导电类型区71和第三第二导电类型区73中的重掺杂第一导电类型区相邻，位于第二第二导电类型区72和第四第二导电类型区74中的重掺杂第一导电类型区相邻；