本發(fā)明的各個(gè)方面涉及絕緣柵雙極晶體管(igbts)，確切地說，本發(fā)明的各個(gè)方面涉及具有反向?qū)щ妳^(qū)域和igbt區(qū)域的反向?qū)щ奿gbt(rc-igbt)組合物。

背景技術(shù)：

1、igbt器件提供了優(yōu)于金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)的許多優(yōu)點(diǎn)，例如igbt器件可以被設(shè)計(jì)為具有對(duì)高擊穿電壓(例如，大于600伏)和低導(dǎo)通狀態(tài)電壓的容限。這些特性使igbt器件非常適合高電壓、高電流的應(yīng)用，例如車輛電動(dòng)機(jī)控制、電源控制器和功率轉(zhuǎn)換。

2、在正向配置的igbt器件中，igbt對(duì)流過器件的電流產(chǎn)生柵極電壓控制的電阻。這是施加到集電極的比發(fā)射極更正的電壓，在集電極區(qū)域和襯底區(qū)域(在本文中也稱為漂移區(qū)域)之間的結(jié)處產(chǎn)生正向偏置的二極管，并且在本體區(qū)域和襯底區(qū)域之間產(chǎn)生反向偏置的二極管。施加到柵極的大于柵極閾值電壓的正電壓導(dǎo)致在本體區(qū)域中形成導(dǎo)通溝道，本體區(qū)域是載流子從源極區(qū)域遷移到漂移區(qū)域的路徑，從而允許電流流動(dòng)。低電阻歸因于集電極/漂移結(jié)處的正向偏置二極管?？焖匍_關(guān)穿通igbt器件通常是單向的，這意味著當(dāng)以“反向配置”排列時(shí)，它們不會(huì)導(dǎo)通。也就是說，當(dāng)向集電極施加比發(fā)射極更低的電壓時(shí)，即使向柵極施加大于柵極閾值電壓的正電壓，電流也會(huì)被阻斷，因?yàn)榧姌O/漂移結(jié)被反向偏置。為了補(bǔ)償這種單向流動(dòng)，在一些igbt設(shè)計(jì)中加入了單片續(xù)流二極管，以允許反向?qū)?。igbt中的單片續(xù)流二極管與mosfet中的體二極管具有相同的用途。集成單片續(xù)流二極管的igbt被命名為反向?qū)╥gbt(rc-igbts)。

3、當(dāng)前的rc-igbt設(shè)計(jì)存在兩個(gè)主要缺點(diǎn)。首先，續(xù)流二極管具有高反向恢復(fù)電荷(高qrr)。這種高反向恢復(fù)電荷可能導(dǎo)致幾個(gè)問題，包括積累電荷的放電作為通過igbt發(fā)射極的附加電流和柵極反彈。其次，rc-igbt的igbt具有回掃電壓，該回掃電壓使igbt對(duì)從集電極到發(fā)射極的電壓表現(xiàn)出非常高的電阻，直到達(dá)到igbt的回掃電壓閾值，在該閾值處igbt“導(dǎo)通”，表現(xiàn)出低電阻。回掃現(xiàn)象可以阻止igbt的完全導(dǎo)通，導(dǎo)致大的導(dǎo)通能量損失，這對(duì)igbt來說是次優(yōu)行為。

4、正是在這種背景下提出了本發(fā)明的各個(gè)方面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于前述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種雙p-本體劑量反向?qū)╥gbt結(jié)構(gòu)，所述反向?qū)╥gbt結(jié)構(gòu)包含邊界區(qū)域，所述邊界區(qū)域允許減少空穴向有源二極管區(qū)域的遷移，并且通過分離有源頂側(cè)igbt區(qū)域和有源后側(cè)二極管陰極區(qū)域來消除寄生mosfet。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種反向?qū)╥gbt，包括：

4、一個(gè)摻雜有第一導(dǎo)電類型的離子襯底,具有頂部和與所述頂部相對(duì)的背部，其中所述第一導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型相反；

5、一個(gè)或多個(gè)igbt頂部單元，包括形成在襯底的頂部中并摻雜有第二導(dǎo)電類型離子的igbt本體區(qū)域，以及形成在igbt本體區(qū)域中并重?fù)诫s有第一導(dǎo)電類型離子的igbt源極區(qū)域；

6、一個(gè)或多個(gè)二極管頂部單元，包括形成在襯底的頂部中并摻雜有第二導(dǎo)電類型離子的頂部二極管陽極區(qū)域；

7、一個(gè)igbt背部集電極區(qū)域，其形成在所述一個(gè)或多個(gè)igbt頂部單元下方的所述襯底的背部中并且重?fù)诫s有所述第二導(dǎo)電類型的離子；

8、一個(gè)邊界區(qū)域，所述邊界區(qū)域形成在所述一個(gè)或多個(gè)二極管頂部單元的一部分下方的所述襯底的背部中并且重?fù)诫s有所述第二導(dǎo)電類型的離子。

9、可選的，還包括一個(gè)背部二極管陰極區(qū)域，所述背部二極管陰極區(qū)域形成在所述一個(gè)或多個(gè)二極管頂部單元的一部分下方的所述襯底的背部中并且重?fù)诫s有所述第一導(dǎo)電類型的離子。

10、可選的，所述邊界區(qū)域?qū)⑺霰巢慷O管陰極區(qū)域與頂側(cè)igbt區(qū)域分隔開。

11、可選的，所述背部二極管陰極區(qū)域被所述igbt背部集電極區(qū)域包圍，并且其中所述邊界區(qū)域在所述背部二極管陰極區(qū)域和所述igbt背部集電極區(qū)域之間。

12、可選的，所述邊界區(qū)域圍繞所述背部二極管陰極區(qū)域。

13、可選的，兩個(gè)或多個(gè)二極管陰極區(qū)域由兩個(gè)或更多個(gè)對(duì)應(yīng)的邊界區(qū)域和igbt背部集電極區(qū)域的一部分分隔開。

14、可選的，選擇邊界區(qū)域的大小以影響igbt的回掃電壓和二極管的反向恢復(fù)電荷。

15、可選的，二極管陽極區(qū)域的摻雜濃度被選擇為影響二極管的反向恢復(fù)電荷。

16、可選的，緩沖區(qū)域形成在襯底的背部中并且重?fù)诫s有第一導(dǎo)電類型的離子，并且其中igbt背部集電極區(qū)域和邊界區(qū)域形成在緩沖區(qū)域中。

17、可選的，所述一個(gè)或多個(gè)igbt頂部單元還包括在所述襯底的頂表面上并與所述襯底絕緣的平面柵電極。

18、可選的，所述一個(gè)或多個(gè)igbt頂部單元還包括溝槽柵電極，所述溝槽柵電極形成在所述襯底的頂部中的溝槽中并且與所述襯底絕緣。

19、可選的，所述一個(gè)或多個(gè)igbt頂部單元還包括在與所述襯底絕緣的所述襯底的頂表面上的平面柵電極和形成在與襯底絕緣的襯底的頂部中的溝槽中的igbt電荷平衡電極。

20、可選的，所述一個(gè)或多個(gè)二極管頂部單元還包括形成在與所述襯底絕緣的所述襯底的頂部中的溝槽中的一個(gè)或更多個(gè)二極管電荷平衡電極。

21、可選的，二極管頂部單元還包括一個(gè)或多個(gè)二極管陽極接觸區(qū)域，所述一個(gè)或更多個(gè)二極管陽極接觸區(qū)域形成在用第二導(dǎo)電類型的離子重?fù)诫s的二極管陽極區(qū)域中。

22、可選的，所述一個(gè)或多個(gè)igbt頂部單元還包括重?fù)诫s有所述第二導(dǎo)電類型的離子并形成在所述igbt源極區(qū)域旁邊的igbt發(fā)射極區(qū)域。

23、可選的，二極管陽極區(qū)域具有比igbt本體區(qū)域更低的摻雜劑濃度。

24、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

25、本發(fā)明的一種雙p-本體劑量反向?qū)╥gbt結(jié)構(gòu)中，所述反向?qū)╥gbt結(jié)構(gòu)包含邊界區(qū)域，所述邊界區(qū)域允許減少空穴向有源二極管區(qū)域的遷移，并且通過分離有源頂側(cè)igbt區(qū)域和有源后側(cè)二極管陰極區(qū)域來消除寄生mosfet。

技術(shù)特征：

1.一種反向?qū)╥gbt，其特征在于，包括：

2.權(quán)利要求1所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，還包括一個(gè)背部二極管陰極區(qū)域，所述背部二極管陰極區(qū)域形成在所述一個(gè)或多個(gè)二極管頂部單元的一部分下方的所述襯底的背部中并且重?fù)诫s有所述第一導(dǎo)電類型的離子。

3.權(quán)利要求2所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，所述邊界區(qū)域?qū)⑺霰巢慷O管陰極區(qū)域與頂側(cè)igbt區(qū)域分隔開。

4.權(quán)利要求2所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，所述背部二極管陰極區(qū)域被所述igbt背部集電極區(qū)域包圍，并且其中所述邊界區(qū)域在所述背部二極管陰極區(qū)域和所述igbt背部集電極區(qū)域之間。

5.權(quán)利要求4所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，所述邊界區(qū)域圍繞所述背部二極管陰極區(qū)域。

6.權(quán)利要求2所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，兩個(gè)或多個(gè)二極管陰極區(qū)域由兩個(gè)或更多個(gè)對(duì)應(yīng)的邊界區(qū)域和igbt背部集電極區(qū)域的一部分分隔開。

7.權(quán)利要求1所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，選擇邊界區(qū)域的大小以影響igbt的回掃電壓和二極管的反向恢復(fù)電荷。

8.權(quán)利要求6所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，二極管陽極區(qū)域的摻雜濃度被選擇為影響二極管的反向恢復(fù)電荷。

9.權(quán)利要求1所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，緩沖區(qū)域形成在襯底的背部中并且重?fù)诫s有第一導(dǎo)電類型的離子，并且其中igbt背部集電極區(qū)域和邊界區(qū)域形成在緩沖區(qū)域中。

10.權(quán)利要求1所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)igbt頂部單元還包括在所述襯底的頂表面上并與所述襯底絕緣的平面柵電極。

11.權(quán)利要求1所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)igbt頂部單元還包括溝槽柵電極，所述溝槽柵電極形成在所述襯底的頂部中的溝槽中并且與所述襯底絕緣。

12.權(quán)利要求1所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)igbt頂部單元還包括在與所述襯底絕緣的所述襯底的頂表面上的平面柵電極和形成在與襯底絕緣的襯底的頂部中的溝槽中的igbt電荷平衡電極。

13.權(quán)利要求12所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)二極管頂部單元還包括形成在與所述襯底絕緣的所述襯底的頂部中的溝槽中的一個(gè)或更多個(gè)二極管電荷平衡電極。

14.權(quán)利要求13所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，二極管頂部單元還包括一個(gè)或多個(gè)二極管陽極接觸區(qū)域，所述一個(gè)或更多個(gè)二極管陽極接觸區(qū)域形成在用第二導(dǎo)電類型的離子重?fù)诫s的二極管陽極區(qū)域中。

15.權(quán)利要求1所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)igbt頂部單元還包括重?fù)诫s有所述第二導(dǎo)電類型的離子并形成在所述igbt源極區(qū)域旁邊的igbt發(fā)射極區(qū)域。

16.權(quán)利要求1所述的反向?qū)╥gbt，其特征在于，二極管陽極區(qū)域具有比igbt本體區(qū)域更低的摻雜劑濃度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種反向?qū)↖GBT結(jié)構(gòu)，其包括具有頂部和與頂部相對(duì)的背部的襯底、一個(gè)或多個(gè)IGBT頂部單元、包括IGBT背部集電極區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)二極管頂部單元，形成在襯底的背部中的一個(gè)或者多個(gè)IGBT頂部側(cè)單元下方，以及邊界區(qū)域，所述邊界區(qū)域形成在所述一個(gè)或多個(gè)二極管頂部單元的一部分下方的所述襯底的背部中。其優(yōu)點(diǎn)是：所述反向?qū)↖GBT結(jié)構(gòu)包含邊界區(qū)域，所述邊界區(qū)域允許減少空穴向有源二極管區(qū)域的遷移，并且通過分離有源頂側(cè)IGBT區(qū)域和有源后側(cè)二極管陰極區(qū)域來消除寄生MOSFET。

技術(shù)研發(fā)人員：郭智博,卡西克·帕德馬納班,管靈鵬,馬督兒·博德
受保護(hù)的技術(shù)使用者：萬國半導(dǎo)體國際有限合伙公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10