一种基于结终端的RC-IGBT器件的制作方法

本发明属于半导体功率器件领域，涉及绝缘栅双极型晶体管，具体是涉及一种基于结终端的rc-igbt器件。

背景技术：

igbt(insulategatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)既有mosfet的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极型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，所以被广泛应用于电磁炉、ups不间断电源、汽车电子点火器、三相电动机变频器、电焊机开关电源等产品中作为功率开关管或功率输出管，市场前景非常广阔。igbt产品是电力电子领域非常理想的开关器件，它集合了高频、高压、大电流三大技术优势，同时又能够实现节能减排，具有很好的环境保护效益。但是igbt只是一个单向导通器件，在应用的时候需要一个反并联的二极管来承受反向电压，这就增加了igbt的制造成本，以及带来封装，焊接等难题。

为解决该难题，能够反向导通的igbt称为rc-igbt(reverse-conductinginsulated-gatebipolartransistor，反向导通绝缘栅双极型晶体管)逐渐开始被应用于电子领域，如图1～2所示，分别为传统槽栅rc-igbt器件和传统平面栅rc-igbt器件的结构示意图，传统rc-igbt器件通过在p型集电极中引入n型集电极的方法来实现igbt和二极管的集成；但是在正向导通时候，n型集电区的引入会使得这种传统rc-igbt的电流电压输出曲线出现一个呈现出折回(snapback)现象，在低温条件下snapback现象更加明显，严重影响rc-igbt器件的使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于结终端的rc-igbt器件，有效抑制了传统平面栅rc-igbt器件的snapback现象，提高器件的可靠性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于结终端的rc-igbt器件，包括p+型集电区、n-漂移区和位于p+型集电区和n-漂移区之间的n型缓冲区；

所述p+型集电区、n-漂移区和n型缓冲区同时处于器件有源区和器件终端区中；

所述器件有源区还包括位于n-型漂移区表面的发射极结构和栅极结构；

所述器件终端区还包括位于n-漂移区表面的p型扩展区以及位于p型扩展区中的n+型集电区，所述p型扩展区包括p型扩展区a、p型扩展区b、p型扩展区c和p型扩展区d；所述n+型集电区位于p型扩展区d中；所述n+型集电区的金属电极位于n+型集电区的上表面，并且与位于p+型集电区的下表面金属电极相连。

其中，所述发射极结构包括金属发射极、p型基区和n+发射区，所述p型基区位于n-型漂移区中，所述n+发射区位于p型基区中，所述金属发射极位于p型基区和n+发射区的上表面。所述栅极结构由多晶硅栅电极和栅氧化层构成，其中栅氧化层位于多晶硅栅电极与p型基区和n-漂移区之间。

本发明的有益效果是：本发明基于传统的rc-igbt器件结构，在结终端区中延长p型结终端扩展区，在p型结终端扩展区中设置了n+型集电区，用互联线将p+型集电区与n+型集电区连接，由于n+型集电区与p型结终端扩展区形成寄生二极管，在器件正向导通时，寄生二极管反偏，电流只能从p+型集电区流过，器件没有经历mosfet模式，直接进入igbt模式，因而正向导通时不会出现snapback现象；在反向导通二极管工作模式下，p型基区、p型结终端扩展区与n+型集电区形成的二极管正偏，当电压超过该二极管开启电压后器件导通，可以传导电流；因此，本发明提供的基于结终端的rc-igbt器件，在兼具续流能力的同时，完全消除了传统rc-igbt器件正向导通过程中的snapback现象。

附图说明

图1为传统槽栅rc-igbt结构示意图。

图2为传统平面栅rc-igbt结构示意图。

图3为是本发明提出的一种基于结终端的能消除snapback效应的rc-igbt结构示意图。

图4为传统平面栅rc-igbt和本发明提供的rc-igbt的正向导通性能的比较图。

图5为传统平面栅rc-igbt和本发明提供的rc-igbt的反向导通性能的比较图；

图中，1-金属发射极，2-多晶硅栅电极，3-n+发射区，4-p型基区，5-p型结终端扩展区，6-金属电极，7-n+型集电区，8-n型缓冲区，9-p+型集电区，10-栅氧化层，11-n-型漂移区，12-下表面金属电极。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图3所示，一种基于结终端的rc-igbt器件，包括p+型集电区9、n-漂移区11和位于p+型集电区9和n-漂移区11之间的n型缓冲区8；

所述p+型集电区9、n-漂移区11和n型缓冲区8同时处于器件有源区和器件终端区中；

所述器件有源区还包括位于n-型漂移区11表面的发射极结构和栅极结构；

所述器件终端区还包括位于n-漂移区表面的p型扩展区5以及位于p型扩展区中的n+型集电区7，所述p型扩展区5包括p型扩展区a、p型扩展区b、p型扩展区c和p型扩展区d；所述n+型集电区7位于p型扩展区d中；所述n+型集电区7的金属电极6位于n+型集电区7的上表面，并且与位于p+型集电区9的下表面金属电极12相连。

其中，所述发射极结构包括金属发射极1、p型基区4和n+发射区3，所述p型基区4位于n-型漂移区中，所述n+发射区3位于p型基区4中，所述金属发射极1位于p型基区4和n+发射区3的上表面。所述栅极结构由多晶硅栅电极2和栅氧化层10构成，其中栅氧化层10位于多晶硅栅电极2与p型基区4和n-漂移区11之间。

本发明的工作原理如下：

本发明中，基于结终端的rc-igbt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，当集电极电压小于p+型集电区9与n型缓冲区8构成的pn结开启电压时，由于n+型集电区7与p型结终端扩展区5形成的二极管反偏，器件内部电流为漏电流，当集电极电压增大时，由于n+型集电区7与p型结终端扩展区5形成的二极管仍然反偏，n+型集电区7不导通，而p+型集电区9与n型缓冲区8形成的pn结正偏，器件直接工作在igbt模式下，因此不会出现snapback现象。

在反向二极管续流模式下，器件的发射极为高电位，n+型集电极为低电位，当发射极电压高于p型基区4、p型结终端扩展区5与n+型集电区7形成的二极管开启电压后器件导通，从而可以发挥续流作用。

综上，在结终端区中延长p型结终端扩展区5，在p型结终端扩展区5中设置了n+型集电区7，用互联线将p+型集电区9与n+型集电区7连接。由于n+型集电区7与p型结终端扩展区5形成寄生二极管，在器件正向导通时，寄生二极管反偏，电流只能从p+型集电区9流过，器件没有经历mosfet模式，直接进入igbt模式，因而正向导通时不会出现snapback现象。在反向导通二极管工作模式下，p型基区4、p型结终端扩展区5与n+型集电区7形成的二极管正偏，当电压超过该二极管开启电压后器件导通，可以传导电流。因此，本发明提供的基于结终端的rc-igbt器件，在兼具续流能力的同时，完全消除了传统rc-igbt器件正向导通过程中的snapback现象。

在本申请的实施例中，为了验证本发明的有益效果，利用medici软件对图2所示的传统平面栅结构的rc-igbt和图3所示的本发明提供的结构进行了电流特性的仿真。所进行仿真的结构参数为：单个元胞宽度为17μm，元胞厚度为76μm，p基区掺杂浓度为4e17cm^-3，结深为3μm，n+发射区掺杂浓度为1e19cm^-3，结深为1μm，栅氧化层厚度为50nm，n-型漂移区掺杂浓度为2e14cm^-3，n型缓冲层掺杂浓度为1e16cm^-3，厚度为2μm，p+型集电区掺杂浓度为1.5e18cm^-3，厚度为1μm，传统结构的n+集电区掺杂浓度为1.5e17cm^-3，宽度为10μm，厚度为1μm，本专利提供的结构结终端区的宽度为125.5μm，p型结终端扩展区掺杂浓度采用横向变掺杂技术，其中p型扩展区a的掺杂浓度为1.5e16cm^-3，宽度为55.5μm，结深为2μm，p型扩展区b的掺杂浓度为1.1e16cm^-3，宽度为35μm，结深为2μm，p型扩展区c的掺杂浓度为6e15cm^-3，宽度为30μm，结深为2μm，p型扩展区d的掺杂浓度为1e15cm^-3，宽度为5μm，结深为4μm，n+型集电区掺杂浓度为2e20cm^-3，结深为1μm。由图4可以看出，相比于传统平面栅结构的rc-igbt，本发明提供的基于结终端的rc-igbt器件能完全消除snapback现象。由图5可以看出，相比于传统平面栅结构的rc-igbt，本发明提供的基于结终端的rc-igbt器件的反向导通压降更低，反向导通能力更强。因此，可以表明本发明提供的基于结终端的rc-igbt器件能完全消除snapback现象，且反向导通压降更低。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。