一种具有空穴路径区的RC-IGBT

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种具有空穴路径区的rc-igbt。

背景技术：

1、功率模块是最重要的节能设备之一，广泛应用于家电、工业、汽车等应用场合。传统的功率模块通常含有一对或几对igbt和续流二极管(fwd)芯片。在模块额定电流较小的情况下，由于芯片安装空间和键合线布局的设计规则限制，很难缩小尺寸，也很难降低产品成本。近年来，一种将fwd和igbt集成到单个芯片中的反向导通igbt(rc-igbt)，作为克服这些问题的器件引起了相当大的关注。

2、如何同时提升集成fwd和igbt特性是rc-igbt所面临的一大挑战。由于rc-igbt将fwd和igbt集成到单个芯片中，rc-igbt结构的改变将会导致器件fwd和igbt特性同时发生变化，因此rc-igbt需要同时优化二者的问题。igbt领域目前学者们的关注点在于如何降低emi噪声与降低关断损耗，而rc-igbt中的集成二极管则需要着重改进其导通压降。

技术实现思路

1、针对同时优化rc-igbt中的集成fwd和igbt特性的需求，本发明提供了一种具有空穴路径区的rc-igbt如图1所示。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种具有空穴路径区的rc-igbt，其元胞结构包括：从下往上依次设置p+集电区(1)、n+集电区(2)，n型缓冲层(3)和n型漂移区(4)，正面结构包含由载流子存储层(5)、p型基区(6)、及p+型发射区(7)和n+型发射区(8)所组成的主流区，p型浮空区(9)，以及由p型空穴路径区(10)、及p+型欧姆接触区(11)所构成的空穴路径区。发射区间有sio2氧化层(12)和多晶硅(13)构成的沟槽栅。此外所述结构中ag1、ag2为连接栅极的真栅，dg为连接发射极的假栅。

3、本发明的技术方案相对常规rc-igbt器件，主要针对p型浮空区进行改进。在p型浮空区(9)添加连接发射极的假栅dg，并在假栅dg与邻近真栅ag2之间添加p型空穴路径区(10)及p+型欧姆接触区(11)，形成狭窄的空穴路径区，并使其直接连接发射极。本发明的优势体现在：在正向导通阶段，相比常规rc-igbt器件，流入p型浮空区(9)的空穴会被抽取至发射极，从而降低p型浮空区(9)的电位，减小位移电流，增加栅极可控性，减小emi噪声；在正向关断阶段，相比常规rc-igbt器件，新器件拥有空穴路径区这一额外的空穴通路，加快器件关断速度，降低关断损耗；在反向导通阶段，相比常规rc-igbt器件，新器件的空穴路径区可以为集成二极管的导通提供额外的路径，优化集成二极管的导通特性。

4、进一步地，改变p型浮空区(9)的深度，使其比沟槽栅深度稍大，从而减少所述结构在开启阶段聚集在p型浮空区(9)下方的载流子数，增大有源区的载流子数，降低正向导通压降。

5、进一步地，减小空穴路径区的宽度，以获得更强的载流子注入增强效应(ie效应)，从而吸引更多载流子聚集，减小正向导通压降。

6、本发明的有益效果为：本发明提供了一种具有空穴路径区的rc-igbt，该结构在常规rc-igbt结构的基础上，在p型浮空区添加连接发射极的假栅，形成连接发射极的狭窄空穴路径区。从而减小正向导通阶段的emi噪声，降低正向关断阶段的关断损耗，降低反向导通阶段的导通压降，同时优化集成fwd与igbt的特性。

技术特征：

1.一种具有空穴路径区的rc-igbt，其元胞结构从下往上依次为：p+集电区(1)、n+集电区(2)，n型缓冲层(3)和n型漂移区(4)，正面结构包含由载流子存储层(5)、p型基区(6)、及p+型发射区(7)和n+型发射区(8)所组成的主流区，p型浮空区(9)，以及由p型空穴路径区(10)、及p+型欧姆接触区(11)所构成的空穴路径区；发射区间有sio2氧化层(12)和多晶硅(13)构成的沟槽栅；此外所述结构中ag1、ag2为连接栅极的真栅，dg为连接发射极的假栅。

2.根据权利要求1所述的具有空穴路径区的rc-igbt，其特征在于，相比常规rc-igbt器件，在p型浮空区(9)添加连接发射极的假栅dg，并在假栅dg与邻近真栅ag2之间添加p型空穴路径区(10)、及p+型欧姆接触区(11)，形成狭窄的空穴路径区，并使其直接连接发射极。

3.根据权利要求1所述的具有空穴路径区的rc-igbt，其特征在于，所述p型浮空区(9)的深度需比沟槽栅深度稍大，从而优化发射极侧载流子的分布，减小正向导通压降。

4.根据权利要求1所述的具有空穴路径区的rc-igbt，其特征在于，减小空穴路径区的宽度，以获得更强的载流子注入增强效应(ie效应)，从而吸引更多载流子聚集，减小正向导通压降。

技术总结
本发明提供了一种具有空穴路径区的RC‑IGBT，该结构在常规RC‑IGBT结构的基础上，在P型浮空区添加连接发射极的假栅，使假栅与邻近真栅之间形成狭窄的空穴路径区，并使其直接连接发射极。在器件正向导通阶段，流入P型浮空区的空穴通过假栅附近的反型P区，再经过该空穴路径区直接被抽取至发射极，从而降低P型浮空区的电位，减小P型浮空区流向栅极的位移电流，增加栅极可控性，减小EMI噪声。在器件正向关断阶段，空穴路径区额外的空穴通路能够加快器件空穴抽取速率，加快器件关断速度，降低关断损耗。在器件反向导通阶段，空穴路径区可以为集成二极管的导通提供额外的路径，优化集成二极管的导通特性。

技术研发人员：伍伟,喻明康,高崇兵
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13