一种RC-IGBT及其制造方法与流程

本发明涉及igbt，尤其涉及一种rc-igbt及其制造方法。

背景技术：

1、rc-igbt(reverse conducting integrated gate bipolar transistor，逆导型绝缘栅双极型晶体管)是一种将续流二极管(freewheeling diode，fwd)和igbt集成到同一硅片上的功率器件。传统的rc-igbt在正向导通时存在电压折回现象(snapback)，导致rc-igbt开通特性差异较大，并且在rc-igbt的开启阶段，由于处于续流状态的续流二极管会进行反向恢复，续流二极管在反向恢复时有大量非平衡载流子需要被抽取出，从而产生较大的反向恢复电流。较大的反向恢复电流使得rc-igbt的开启功耗显著增加。因此，如何解决传统rc-igbt电压折回现象导致的rc-igbt可靠性不足的问题以及如何减小rc-igbt的开启功耗，是现有技术急需解决的技术问题。

2、中国专利申请cn101393914a公开了一种半导体器件，包括：半导体衬底，其包括第一导电类型层；多个igbt区，每个igbt区提供一个igbt元件；以及多个二极管区，每个二极管区提供一个二极管元件。多个igbt区和多个二极管区交替布置在衬底中。每个二极管区都包括具有第二导电类型的肖特基接触区。肖特基接触区用于回收来自第一导电类型层的少数载流子。肖特基接触区设置在第一导电类型层的第一表面部分中，并且邻近igbt区。

3、但该专利存在众多缺陷，其在于：

4、1、igbt区未将igbt和二极管分开排列。整个器件被分成n个周期，每个周期包含一个igbt和一个二极管，因此在整个器件中igbt和二极管呈交叉排列形式，导致igbt的输入电容较大、开关速度较慢。

5、2、每个igbt区域均有较大的浮空p区(位于层间绝缘膜下方的p型导电区)，igbt区存在较大的浮空p区对igbt开关可靠性不利。

6、3、该专利的肖特基接触分布在每个igbt和每个二极管的过渡区，肖特基接触和欧姆接触只在x方向间隔排列，导致其结构不能灵活调整。

7、4、该专利的肖特基接触和欧姆接触均为p型掺杂，导致其仅能用于避免反向恢复电流在igbt和二极管边界处集中，从而改善rc-igbt器件的耐压性能，无法用于igbt反向恢复电流的减小。

8、5、该专利的n型导电区和p型导电区之间不存在n型存储层，导致igbt的导通电压较高，增加了igbt的通态损耗。

9、中国专利申请cn103383958a公开了一种rc-igbt器件及其制作方法，属于功率半导体器件技术领域。该专利在传统rc-igbt器件结构的基础上，在n+集电极短路区与n型电场阻止层之间引入p型阱区，并采用隔离介质使得n型电场阻止层与p型阱区二者与金属集电极之间相互绝缘。该专利在具备传统rc-igbt器件特性的基础上，在正向导通时可以完全消除传统rc-igbt固有的snapback现象，并具有与传统rc-igbt相似的损耗特性。但是该专利未考虑传统rc-igbt固有的反向恢复电流的问题，导致rc-igbt的开启功耗大，并且该专利背面的隔离介质层工艺技术难度较大，工艺成本较高。

10、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异：另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、传统的rc-igbt在正向导通时存在电压折回现象，并且在rc-igbt处于开启阶段的情况下，处于续流状态的续流二极管还会进行反向恢复。续流二极管的反向恢复产生较大的反向恢复电流，使得rc-igbt的开启功耗显著增加。

2、针对现有技术之不足，本发明提供了一种rc-igbt，包括二极管区域。二极管区域设置若干个p型发射极区和若干个n型柱状区。若干个p型发射极区接触有金属以形成第一接触面。若干个n型柱状区接触有金属以形成第二接触面。第一接触面和第二接触面在二极管区域上周期排列。在二极管区域导通的情况下，p型发射极区向n型漂移层注入少子空穴参与导电。在二极管区域导通的情况下，n型柱状区不向n型漂移层注入少子空穴。本发明设置的第一接触面和第二接触面能够有效减小rc-igbt的反向恢复电流，降低了rc-igbt的开启功耗。

3、根据一种优选的实施方式，在二极管区域导通的情况下，第一接触面和第二接触面按照限制少子空穴流动的方式减少或隔绝二极管区域产生的反向恢复电流。本发明通过第一接触面和第二接触面的设置，减小了rc-igbt的二极管导通时存储的非平衡载流子。本发明的第二接触面中仅有多数载流子参与导电，由此大幅度减小了反向恢复电流，降低了rc-igbt的开启功耗。

4、根据一种优选的实施方式，第一接触面和第二接触面在二极管区域上的面积存在差异，以使得rc-igbt的导通损耗和开关损耗能够基于第一接触面和第二接触面的面积比例来进行调节。本发明能够根据不同的导通损耗和开关损耗要求，灵活调整二极管区域的第一接触面和第二接触面的比例，从而使得rc-igbt具有不同的导通损耗和开关损耗，能够使用于任何场景，增大了rc-igbt的应用范围，减小了额外的设计成本以及生产成本。

5、根据一种优选的实施方式，第一接触面和第二接触面在第一方向上的宽度存在差异，和/或第一接触面和第二接触面在第二方向上的长度存在差异，以使得第一接触面和第二接触面的面积比例能够基于第一接触面和第二接触面在第一方向的宽度和/或第二方向的长度的方式来进行调节。本发明能够通过改变第一接触面和第二接触面在第一方向的宽度和/或在第二方向的长度来调整第一接触面和第二接触面的面积比例，从而实现不同的导通损耗和开关损耗要求。

6、根据一种优选的实施方式，rc-igbt还包括设置在第一接触面和第二接触面之间的若干个发射极沟槽，发射极沟槽的长度方向平行于第二方向。优选地，发射极沟槽以沟槽深度分别大于p型发射极区和n型柱状区的沟槽深度的方式将第一接触面和第二接触面分隔。本发明采用发射极沟槽分别在第一方向上和第二方向上将第一接触面和第二接触面隔开，从而避免p型发射极区和n型柱状区之间形成电流通路，导致影响rc-igbt器件的可靠性。

7、根据一种优选的实施方式，rc-igbt还包括igbt区域和沿第一方向在igbt区域中间隔排布的若干栅极沟槽。优选地，igbt区域中的相邻两个栅极沟槽的间距小于二极管区域中的相邻两个发射极沟槽的间距。本发明分开排列的栅极沟槽和发射极沟槽有助于降低rc-igbt的输入电容，从而提高其开关速度。本发明的相邻两个栅极沟槽的间距的减小能够增加igbt区域的电流密度，即，在同一面积条件下，igbt区域的栅极沟槽数量更多，电流密度更大。

8、根据一种优选的实施方式，igbt区域包括n型发射极区。优选地，在两个栅极沟槽分别朝向位于两个栅极沟槽之间的p型发射极区的相应区域内设有至少一个n型发射极区，或在一个栅极沟槽和一个发射极沟槽分别朝向位于栅极沟槽和发射极沟槽之间的p型发射极区的相应区域内设有至少一个n型发射极区。本发明的n型发射极区的设置有利于形成反型层。反型层于该交界面处的堆积导致了导电沟道的形成。导电沟道的形成实现了n型发射极区与n型漂移层的导通，从而使得n型发射极区的电子流动至n型漂移层，进而实现了发射电极与集电极的导通。

9、根据一种优选的实施方式，rc-igbt还包括n型漂移层和设置于n型漂移层的竖向下方的n型截止层。n型截止层的竖向下方还设置有侧面相互接触的p型集电极区和n型集电极区。优选地，p型集电极区与n型集电极区在第一方向上的宽度之比不小于9，以使得rc-igbt的电压折回现象被抑制。本发明设计的p型集电极区和n型集电极区的宽度之比是在抑制电压折回现象效果和减小二极管区域的电流损失之间做出的平衡性选择，能够同时兼顾显著抑制电压折回现象和二极管区域的电流损失较小的效果。

10、本发明还涉及一种rc-igbt的制造方法，方法包括：在二极管区域设置若干个p型发射极区和若干个n型柱状区；将若干个p型发射极区与金属接触以形成第一接触面；将若干个n型柱状区与金属接触以形成第二接触面；第一接触面和第二接触面在二极管区域上周期排列。

11、根据一种优选的实施方式，在二极管区域导通的情况下，第一接触面和第二接触面按照限制少子空穴流动的方式减少或隔绝二极管区域产生的反向恢复电流。