发射极结构和栅极结构、位于N型漂移区7另一侧的集电极结构；所述发射极结构包括金属发射极1、P型基区5和N+发射区4，所述P型基区5位于N型漂移区7中，所述N+发射区4位于P型基区5中，所述金属发射极I位于P型基区5和N+发射区4的上表面；所述集电极结构包括P+集电区9、N+集电极短路区10、金属集电极3和N型电场阻止层8，所述N型电场阻止层8位于N型漂移区7中，所述P+集电区9位于N型电场阻止层8中，所述N+集电极短路区10位于P+集电区9和N型电场阻止层8靠近发射极结构的一侧并与于P+集电区9和N型电场阻止层8连接，所述金属集电极3位于P+集电区9的上表面；所述栅极结构由多晶硅栅电极2和栅氧化层6构成，所述多晶硅栅电极2发射极结构与集电极结构之间的N型漂移区7和P型基区5上方，所述多晶硅栅电极2与发射极结构、N型漂移区和集电极结构之间具有栅氧化层
6;其特征在于，所述集电极结构还包括N型电阻区11，所述N型电阻区11位于P+集电区9中，其侧面与N+集电极短路区10连接，N型电阻区11的上表面与金属集电极3连接。
[0019]本发明的工作原理为:
[0020]本发明提供的横向RC-1GBT器件，在IGBT正向偏置时，栅电极为高电位，器件表面MOS沟道开启，当阳极电压较小时，为单极导电模式。由于N型电阻区11区域很薄，使其阻抗大大增加，在较小电流的情况下，就可以使寄生在P+集电区9上的二极管达到导通压降，进而在转变为双极导电方式时不出现snapback现象。
[0021]在二极管续流模式下，器件的阴极(发射极)为高电位，阳极(集电极)为低电位，当阴极电压高于P型基区5与N-漂移区7形成的PN结开启电压后器件导通，从而可以发挥续流作用。
[0022]综上，在集电极结构中设置了 N型电阻区11，如图4所示，由于薄N电阻区11区域很薄具有大的阻抗，在器件刚开始正向导通时，在较小的电流下就会在薄N电阻区11上产生较大的压降。由于P+集电区9没有电流流过，电势始终与集电极3相同；而沿电流的流经路径上电势将逐渐降低，因此P+集电区9与N型电场阻止层8之间将产生电压差。当该电压差大于P+集电区9与N型电场阻止层8之间形成的PN结正向导通压降时，P+集电区9将向N型电场阻止层8和N-漂移区7中注入电子，形成电导调制效应，器件从MOSFET模式转换到IGBT模式。本发明提出的新结构可以在极小的电流下完成从MOSFET模式到IGBT模式的转换，因而在导通过程中不会出现snapback现象。续流二极管模式下，P型基区5与N-漂移区7形成的PN结处于正偏状态下，当压降超过Jl开启电压后器件导通，可以传导电流。因此，本发明提供的横向RC-1GBT器件，在兼具续流能力的同时，完全消除了传统RC-1GBT正向导通过程中的Snapback现象。本发明可适用于从小功率到中功率的半导体功率器件和功率集成电路领域。
[0023]为了验证本发明的有益效果，利用MEDICI软件对图2所示的传统结构的RC-1GBT和图3所示的本发明提供的结构进行电流特性的仿真。所进行仿真的结构参数为:元胞宽度为60 μ m，元胞厚度为15 μ m，P基区浓度为lel4/cm3，结深为3 μ m，N+发射区浓度为le20/cm3，结深为2 μ m，栅氧化层厚度为0.5 μπι，N型电场阻止层掺杂浓度为5el5/cm3，集电区厚度为2 μπι，掺杂为5el7/cm3，电阻区厚度为0.1 μπι，掺杂为lel4/cm3，漂移区掺杂为lel4/cm3。由图5可以看出，相比于传统横向RC-1GBT结构，本发明提供的横向RC-1GBT器件元胞结构明显消除了 snapback现象。因此，可以表明本发明提供的横向RC-1GBT器件元胞结构可以有效消除传统横向RCIGBT的snapback现象。
[0024] 本发明提供的RC-1GBT器件的制作工艺如图6所示，其工艺沿用传统横向IGBT表面工艺，主要包括终端区制作及元胞区制作；完成传统横向IGBT的MOS结构工艺后，高能注入N型杂质形成所需的N型电场阻止层8，注入P型杂质形成P+集电区9，局部光刻并注入大剂量N型杂质形成N+集电极短路区10，光刻并小剂量注入N型杂质形成薄N电阻区11，光刻孔，并沉积金属形成金属集电极3。
【主权项】
1.一种横向RC-1GBT器件，其元胞结构包括P型衬底(20)、位于P型衬底(20)中的N型漂移区(7)、位于N型漂移区(7) —侧的发射极结构和栅极结构、位于N型漂移区(7)另一侧的集电极结构；所述发射极结构包括金属发射极(I)、P型基区(5)和N+发射区(4)，所述P型基区(5)位于N型漂移区(7)中，所述N+发射区(4)位于P型基区(5)中，所述金属发射极⑴位于P型基区(5)和N+发射区(4)的上表面；所述集电极结构包括P+集电区(9)、N+集电极短路区(10)、金属集电极(3)和N型电场阻止层(8)，所述N型电场阻止层⑶位于N型漂移区(7)中，所述P+集电区(9)位于N型电场阻止层⑶中，所述N+集电极短路区(10)位于P+集电区(9)和N型电场阻止层(8)靠近发射极结构的一侧并与于P+集电区(9)和N型电场阻止层⑶连接，所述金属集电极(3)位于P+集电区(9)的上表面；所述栅极结构由多晶硅栅电极⑵和栅氧化层(6)构成，所述多晶硅栅电极⑵发射极结构与集电极结构之间的N型漂移区(7)和P型基区(5)上方，所述多晶硅栅电极(2)与发射极结构、N型漂移区和集电极结构之间具有栅氧化层￠);其特征在于，所述集电极结构还包括N型电阻区(11)，所述N型电阻区(11)位于P+集电区(9)中，其侧面与N+集电极短路区(10)连接，N型电阻区(11)的上表面与金属集电极(3)连接。
【专利摘要】本发明属于半导体技术领域，具体的说涉及一种横向RC-IGBT器件。本发明的器件在传统的器件结构上，在集电极结构设置了N型电阻区11，由于薄N电阻区11区域很薄具有大的阻抗，在器件刚开始正向导通时，在较小的电流下就会在薄N电阻区11上产生较大的压降，从而使P+集电区9与N型电场阻止层8之间将产生电压差，使器件从MOSFET模式转换到IGBT模式。本发明提出的新结构可以在极小的电流下完成从MOSFET模式到IGBT模式的转换，因而在导通过程中不会出现snapback现象。在续流二极管模式下，P型基区与N-漂移区形成的PN结处于正偏状态下，当压降超过J1开启电压后器件导通，可以传导电流。因此，本发明提供的横向RC-IGBT器件，完全消除了传统RC-IGBT正向导通过程中的Snapback现象。
【IPC分类】H01L29/40, H01L29/739, H01L29/417
【公开号】CN105185826
【申请号】CN201510486739
【发明人】任敏, 郭绪阳, 杨珏琳, 蔡果, 牛博, 李泽宏, 张金平, 高巍, 张波
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月10日