本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种rc-igbt器件及其制备方法。
背景技术：
碳化硅(sic)作为近年来备受关注的一种宽禁带半导体材料,由于具有宽禁带、高临界击穿电场、高热导率、以及高电子饱和漂移速度等良好的物理和电学特性,从而在高温、高压、高频、大功率、抗辐照等诸多领域有着广阔的应用前景，满足下一代电力电子装备对功率器件更大功率、更小体积和更恶劣条件下工作的要求，正逐步应用于各种功率电子系统领域。
绝缘栅双极型晶体管(igbt)，是一种由bjt(双极型晶体管)和mos(绝缘栅型场效应晶体管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，如图1所示，包括栅极1＇、源极2＇、栅氧层3＇、接触区4＇、源区5＇、基区6＇、漂移区7＇、场截止区8＇和集电极11＇，相比传统vdmos器件，igbt还增加了集电区100＇，具有电导调制作用，是一种双极器件。具有mos输入、双极输出功能的mos、双极相结合的特性，既有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，又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。相比传统硅基igbt，碳化硅基igbt凭借其材料优势，具有更高的耐压能力以及更快的载流子反向恢复速度，因此在超高压及高频领域具有更为广阔的发展前景。＇
在现代的电力电子系统中igbt常常需要与反向并联的快恢复二极管(fastrecoverydiode，简称为frd)配合使用。因此将sic-frd与sic-igbt单片地集成在一起的sic逆导型igbt(sic-reverseconductiveigbt，简称为sic-rc-igbt)近年来得到了国内外的广泛关注。由于单片集成的sic-igbt和sic-frd共用同一个结终端，因此sic-rc-igbt大大提高了碳化硅片的利用率，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sic-igbt器件，sic-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，其剖面结构如图2所示，包括栅极1＇、源极2＇、栅氧层3＇、接触区4＇、源区5＇、基区6＇、漂移区7＇、场截止区8＇、第一集电区9＇、第二集电区10＇和集电极11＇，第一集电区9＇与第二集电区10＇分别具有第一导电类型和第二导电类型，基区6＇、漂移区7＇、场截止区8＇及第一集电区9＇构成了一个碳化硅pin二极管。sicrc-igbt可以看做是传统sic-igbt与一个sic-pin二极管反并联，集成在了一个碳化硅片上。在器件承受反压时，sic-pin二极管导通，因此实现了器件的反向导通特性，这也是其被称作sic逆导型igbt的原因。在关断器件，sic-rc-igbt的第一集电区9＇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sicrc-igbt有一个缺点，那就是在正向导通初期，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，对器件可靠性及性能造成危害。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种rc-igbt器件及其制备方法，以解决现有技术中的rc-igbt在由单极导通向双极导通转换过程中会产生负阻区从而对器件可靠性及性能造成危害的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种rc-igbt器件，包括至少一个元胞结构，元胞结构包括源极结构、栅极结构、漂移区结构和集电极结构，源极结构位于栅极结构的两侧，漂移区结构位于栅极结构与集电极结构之间，漂移区结构包括具有第一导电类型的漂移区以及具有第一导电类型的场截止区，场截止区靠近集电极结构设置，漂移区位于场截止区远离集电极结构的一侧，且漂移区中靠近栅极结构的部分位于源极结构之间，集电极结构包括：第一集电区，具有第二导电类型，第一集电区具有第一端部，第一端部贯穿场截止区，用于将场截止区隔离为第一截止区和第二截止区，第一集电区中除第一端部之外的部分与第一截止区接触设置；第二集电区，具有第一导电类型，第二集电区位于第一集电区靠近第一端部的一侧，且第二集电区与第二截止区接触设置；集电极，与第一集电区和第二集电区接触设置；第一导电类型和第二导电类型中一个为n型一个为p型。
进一步地，第一端部贯穿场截止区并伸入漂移区中。
进一步地，源极结构包括源极、具有第二导电类型的接触区、具有第一导电类型的源区以及具有第二导电类型的基区，接触区和源区设置于基区中，且接触区与源区均与源极接触设置。
进一步地，源区远离集电极结构的一侧表面、基区远离集电极结构的一侧表面以及漂移区远离集电极结构的一侧表面构成第一表面，栅极结构设置于第一表面上。
进一步地，栅极结构包括栅极和栅氧层，栅氧层位于栅极与第一表面之间。
进一步地，rc-igbt器件为sicrc-igbt器件。
根据本发明的另一方面，提供了一种rc-igbt器件的制备方法，包括以下步骤：形成具有漂移区和场截止区的第一基体，场截止区位于漂移区的一侧，漂移区和场截止区均具有第一导电类型；在第一基体靠近场截止区的一侧形成第一集电区和第二集电区，第一集电区具有第一端部，第一端部贯穿场截止区，以将场截止区隔离为第一截止区和第二截止区，第一集电区中除第一端部之外的部分与第一截止区接触设置，第二集电区与第二截止区接触设置，第二集电区具有第一导电类型，第一集电区具有第二导电类型；在漂移区远离场截止区的一侧形成栅极结构和源极结构，以使源极结构位于栅极结构的两侧，且使漂移区中靠近栅极结构的部分位于源极结构之间；形成与第一集电区和第二集电区接触设置的集电极。
进一步地，形成第一基体的步骤包括：在衬底上外延形成漂移区，并在漂移区上外延形成场截止区。
进一步地，形成第一集电区和第二集电区的步骤包括：将场截止区的靠近上表面的部分分为第一部分和第二部分，对第一部分进行第一次离子注入，对第二部分进行第二次离子注入，以将第二部分形成第一集电区预备层，将第二部分形成第二集电区；对第一集电区预备层进行第三次离子注入，以使第一集电区预备层靠近第二集电区的一侧端部贯穿场截止区，形成具有第一端部的第一集电区。
进一步地，形成栅极结构和源极结构的步骤包括：去除衬底，以使漂移区的一侧表面裸露；在漂移区的部分裸露表面上形成栅氧层，并在栅氧层的表面上形成栅极；对漂移区的位于栅极两侧的裸露表面进行第四次离子注入，以将部分漂移区形成具有第二导电类型的基区；对基区的裸露表面分别进行第五次离子注入和第六次离子注入，以在基区中形成具有第二导电类型的接触区和具有第一导电类型的源区；形成分别接触区和源区接触设置的源极。
应用本发明的技术方案，rc-igbt器件包括具有第一导电类型的第一集电区以及具有第二导电类型的第二集电区，第一集电区具有贯穿场截止区的第一端部，用于将场截止区隔离为第一截止区和第二截止区，第一集电区中除第一端部之外的部分与第一截止区接触设置，第二集电区与第二截止区接触设置。在导通初期，第一集电区与场截止区之间的pn结未开启，器件处于单极导通状态，电子或空穴沿着第一集电区上方的截止区横向移动到第一集电区，由于上述第一集电区中第一端部对场截止区的隔离作用，电子或空穴需要爬过该第一端部，增长了载流子运动路径，即增大了载流子运动路径上的总电阻，从而增大了rc-igbt器件在导通初期第一集电区上方电势差，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。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明现有技术所提供的一种igbt器件的剖面结构示意图；
图2示出了本发明现有技术所提供的一种rc-igbt器件的剖面结构示意图；
图3示出了本发明实施方式所提供的一种rc-igbt器件的剖面结构示意图；
图4示出了在本申请实施方式所提供的rc-igbt器件的制备方法中，在衬底上外延形成所述漂移区并在漂移区上外延形成场截止区后的基体剖面结构示意图；
图5示出了将图4所示的场截止区中位于表面的部分形成第一集电区预备层和第二集电区后的基体剖面结构示意图；
图6示出了使图5所示的第一集电区预备层靠近第二集电区的一侧端部贯穿场截止区后的基体剖面结构示意图；
图7示出了使图6所示的衬底以使漂移区的一侧表面裸露后的基体剖面结构示意图；
图8示出了在图7所示的漂移区远离场截止区的一侧形成栅极结构和源极结构后的基体剖面结构示意图；
图9示出了形成与图8所示的第一集电区和第二集电区接触设置的集电极后的基体剖面结构示意图；以及
图10示出了本发明实施例1中的rc-igbt器件与对比例1中rc-igbt器件的v-i曲线对比图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1＇、栅极；2＇、源极；3＇、栅氧层；4＇、接触区；5＇、源区；6＇、基区；7＇、漂移区；8＇、场截止区；9＇、第一集电区；10＇、第二集电区；11＇、集电极；100＇、集电区；1、栅极；2、源极；3、栅氧层；4、接触区；5、源区；6、基区；7、漂移区；8、场截止区；9、第二集电区；10、第一集电区；101、第一集电区预备层；11、集电极。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中的rc-igbt在由单极导通向双极导通转换过程中会产生负阻区从而对器件可靠性及性能造成危害的问题。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种rc-igbt器件，包括至少一个元胞结构，如图3所示，该元胞结构包括源极结构、栅极结构、漂移区结构和集电极结构，源极结构位于栅极结构的两侧，漂移区结构位于栅极结构与集电极结构之间，漂移区结构包括具有第一导电类型的漂移区7以及具有第一导电类型的场截止区8，场截止区8靠近集电极结构设置，漂移区7位于场截止区8远离集电极结构的一侧，且漂移区7中靠近栅极结构的部分位于源极结构之间，集电极结构包括：第一集电区10，具有第二导电类型，第一集电区10具有第一端部，第一端部贯穿场截止区8，用于将场截止区8隔离为第一截止区和第二截止区，第一集电区10中除第一端部之外的部分与第一截止区接触设置；第二集电区9，具有第一导电类型，第二集电区9位于第一集电区10靠近第一端部的一侧，且第二集电区9与第二截止区接触设置；集电极11，与第一集电区10和第二集电区9接触设置；上述第一导电类型和上述第二导电类型中一个为n型一个为p型。
在上述rc-igbt器件的导通初期，第一集电区与场截止区之间的pn结未开启，器件处于单极导通状态，电子或空穴沿着第一集电区上方的截止区横向移动到第一集电区，由于上述第一集电区中第一端部对场截止区的隔离作用，电子或空穴需要爬过该第一端部，增长了载流子运动路径，即增大了载流子运动路径上的总电阻，从而增大了rc-igbt器件在导通初期第一集电区上方电势差，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。
在本发明的上述rc-igbt器件中，第二导电类型可以为n型，第一导电类型可以为p型；或第二导电类型可以为p型，第一导电类型可以为n型。
下面以传统rc-igbt器件为例，对rc-igbt器件的正向导通过程以及snapback效应的产生进行详述，并说明本发明提供的抑制snapback效应的rc-igbt器件的工作原理，其中，第二导电类型为p型，第一导电类型为n型。
如图2所示的传统rc-igbt在正向导通时，栅极电压超过阈值电压，p型基区6＇形成反型沟道，电子从n+源区5＇经沟道流入n+漂移区7＇，在阳极电压的作用下，流入n型场截止区8＇，在正向导通初始阶段，阳极电压还不足，位于n+集电区9＇上方的电子可以直接从n型场截止区8＇流入n+集电区9＇，然后由集电极11＇引出，但是，位于p+第二集电区10＇上方的电子还无法跨过集电区10＇/场截止区8＇这个pn结势垒，同样空穴也无法跨过这个pn结势垒，因此电子只能在第二集电区10＇上方积累，并不是静态的积累，而是沿着第二集电区10＇上方横向运动到碳化硅n+第一集电区9＇，然后由集电极11＇引出，这个过程中，第二集电区10＇上方的电子横向运动形成横向电流，因此第二集电区10＇与场截止区8＇之间存在一个电势差v8-10。此时整个器件只有电子参与导电，处于单极导通状态，电流很小。直到第二集电区10＇上方积累了足够的负电势，此时pn结打开，大量电子跨过pn结达到第二集电区10＇，由集电极11＇引出，同时空穴也跨过势垒，在电场的作用下到达源极2＇，器件开始进入双极导通模式，但是由于碳化硅第二集电区10＇上方积累了大量电子，因此在pn结打开的瞬间，也就是单极导通向双极导通切换的瞬间，由于电导调制效应漂移区电阻瞬间减小，而电流无法瞬间增大到相应值，使得阳极电压下降，在电压/电流曲线上，存在一个负阻区，也可以看作是电压的回跳现象，这种现象便称之为snapback效应。
本发明所提供的上述rc-igbt器件如图3所示，通过p+高能离子注入使得p+第一集电区10具有第一端部，从而形成类似“l”形分布来隔离n型场截止区8，在导通初期，第一集电区10/场截止区8之间的pn结未开启，器件处于单极导通状态，电子沿着第一集电区10上方的场截止区8横向移动到n+第二集电区9，由于“l”形的第一集电区10对场截止区8的隔离作用，电子需要爬过该“l”形坡，增长了电子运动路径，即增大了电子运动路径上的总电阻，从而增大了rc-igbt器件在导通初期第一集电区10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，从而抑制了rc-igbt器件在导通初期所产生的snapback效应。
在本发明的上述rc-igbt器件中，第一集电区10及第二集电区9的掺杂浓度及厚度，本领域技术人员可以根据rc-igbt器件的具体正向导通特性、击穿特性的要求来具体设定。
为了进一步增加载流子爬过第一集电区10的第一端部的运动路径，使该第一端部能够起到对场截止区更为有效地隔离作用，优选地，上述第一端部贯穿场截止区8并伸入漂移区7中，如图3所示。上述第一端部穿过场截止区8并伸至漂移区7内的深度、掺杂浓度、宽度以及厚度，本领域技术人员可以根据rc-igbt器件的具体正向导通特性、击穿特性和固有体二极管的要求来具体设定。
在本发明的上述rc-igbt器件中，优选地，如图3所示，上述源极结构包括源极2、具有第二导电类型的接触区4、具有第一导电类型的源区5以及具有第二导电类型的基区6，接触区4和源区5设置于基区6中，且接触区4与源区5均与源极2接触设置。在上述rc-igbt器件栅极电压超过阈值电压，基区6形成反型沟道，电子从源区5经沟道流入漂移区7，在阳极电压的作用下流入场截止区8。
上述接触区4和上述源区5的形状可以是规则或非规则的方形、圆形或条形，本领域技术人员可以根据实际需求进行合理选取。并且，上述接触区4、上述源区5与上述基区6之间的距离、掺杂浓度、宽度以及厚度，本领域技术人员可以根据rc-igbt器件的具体正向导通特性、击穿特性和固有体二极管的要求来具体设定。
更为优选地，如图3所示，上述源区5远离集电极结构的一侧表面、基区6远离集电极结构的一侧表面以及漂移区7远离集电极结构的一侧表面构成第一表面，栅极结构设置于第一表面上。
在本发明的上述rc-igbt器件中，如图3所示，栅极结构可以包括栅极1和栅氧层3，栅氧层3位于栅极1与第一表面之间。
在本发明的上述rc-igbt器件中，优选地，rc-igbt器件为sicrc-igbt器件。此时，rc-igbt器件包括碳化硅第二导电类型的接触区4、碳化硅第一导电类型的源区5、碳化硅第二导电类型的基区6、碳化硅第一导电类型的漂移区7、碳化硅第一导电类型的场截止区8、碳化硅第一导电类型的第二集电区9以及碳化硅第二导电类型的第一集电区10。
根据本发明的另一方面，还提供了一种rc-igbt器件的制备方法，包括以下步骤：形成具有漂移区7和场截止区8的第一基体，场截止区8位于漂移区7的一侧，漂移区7和场截止区8均具有第一导电类型；在第一基体靠近场截止区8的一侧形成第一集电区10和第二集电区9，第一集电区10具有第一端部，第一端部贯穿场截止区8，以将场截止区8隔离为第一截止区和第二截止区，第一集电区10中除第一端部之外的部分与第一截止区接触设置，第二集电区9与第二截止区接触设置，第二集电区9具有第一导电类型，第一集电区10具有第二导电类型；在漂移区7远离场截止区8的一侧形成栅极结构和源极结构，以使源极结构位于栅极结构的两侧，且使漂移区7中靠近栅极结构的部分位于源极结构之间；形成与第一集电区10和第二集电区9接触设置的集电极11，得到的rc-igbt器件如图3所示。
下面将更详细地描述根据本发明提供的rc-igbt器件的制备方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
首先，形成具有漂移区7和场截止区8的第一基体，场截止区8位于漂移区7的一侧，漂移区7和场截止区8均具有第一导电类型。在一种优选的实施方式中，形成上述第一基体的步骤包括：在衬底上外延形成漂移区7，并在漂移区7上外延形成场截止区8，如图4所示。
在形成上述漂移区7和上述场截止区8的步骤之后，在第一基体靠近场截止区8的一侧形成第一集电区10和第二集电区9，第一集电区10具有第一端部，第一端部贯穿场截止区8，以将场截止区8隔离为第一截止区和第二截止区，第一集电区10中除第一端部之外的部分与第一截止区接触设置，第二集电区9与第二截止区接触设置，第二集电区9具有第一导电类型，第一集电区10具有第二导电类型，如图5和图6所示。
在一种优选的实施方式中，形成上述第一集电区10和上述第二集电区9的步骤包括：将场截止区8的靠近上表面的部分分为第一部分和第二部分，对第一部分进行第一次离子注入，对第二部分进行第二次离子注入，以将第二部分形成第一集电区预备层101，将第二部分形成第二集电区9，如图5所示；对第一集电区预备层101进行第三次离子注入，以使第一集电区预备层101靠近第二集电区9的一侧端部贯穿场截止区8，形成具有第一端部的第一集电区10，如图6所示。上述第一集电区10于上述第二集电区9的掺杂浓度及厚度，本领域技术人员可以根据rc-igbt器件的具体正向导通特性、击穿特性的要求来具体设定。
在形成第一集电区10和第二集电区9的步骤之后，在漂移区7远离场截止区8的一侧形成栅极结构和源极结构，以使漂移区7中靠近栅极1的部分位于源极结构之间。
在一种优选的实施方式中，上述形成栅极结构和源极结构的步骤包括：去除衬底，以使漂移区7的一侧表面裸露，如图7所示；在漂移区7的部分裸露表面上形成栅氧层3，并在栅氧层3的表面上形成栅极1；对漂移区7的位于栅极1两侧的裸露表面进行第四次离子注入，以将部分漂移区7形成具有第二导电类型的基区6；对基区6的裸露表面分别进行第五次离子注入和第六次离子注入，以在基区6中形成具有第二导电类型的接触区4和具有第一导电类型的源区5；形成分别接触区4和源区5接触设置的源极2，如图8所示。
在形成栅极结构和源极结构的步骤之后，形成与第一集电区10和第二集电区9接触设置的集电极11，如图9所示。具体地，可以通过光刻和刻蚀露出第一集电区10和第二集电区9的接触区，再在背面淀积金属，实现金属与集电区的良好接触，通过光刻和刻蚀，使得第一集电区10和第二集电区9接触之间形成金属电阻，再淀积一层二氧化硅层，通过光刻和刻蚀第一集电区10接触，作为器件的集电极11接触。
以下结合具体实施例及对比例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供的rc-igbt器件如图3所示，其元胞包括栅极1、源极2、栅氧层3、碳化硅p+的接触区4、碳化硅n+的源区5、碳化硅p+的基区6、碳化硅n+的漂移区7、碳化硅n+的场截止区8、碳化硅n+的第二集电区9、碳化硅p+的第一集电区10以及集电极11，上述第一集电区10具有第一端部，该第一端部贯穿上述场截止区8。
对比例1
本对比例提供的rc-igbt器件如图2所示，其元胞包括栅极1＇、源极2＇、栅氧层3＇、碳化硅p+的接触区4＇、碳化硅n+的源区5＇、碳化硅p+的基区6＇、碳化硅n+的漂移区7＇、碳化硅n+的场截止区8＇、碳化硅n+的第一集电区9＇、碳化硅p+的第二集电区10＇以及集电极11。
分别获取上述实施例1中的rc-igbt器件与对比例1中rc-igbt器件的v-i曲线，得到的对比图如图10所示，从图中可以看出，实施例1中的rc-igbt器件能够有效消除snapback效应。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
在导通初期，第一集电区与场截止区之间的pn结未开启，器件处于单极导通状态，电子或空穴沿着第一集电区上方的截止区横向移动到第一集电区，由于上述第一集电区中第一端部对场截止区的隔离作用，电子或空穴需要爬过该第一端部，增长了载流子运动路径，即增大了载流子运动路径上的总电阻，从而增大了rc-igbt器件在导通初期第一集电区上方电势差，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。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。