双P-本体剂量反向导通（DPD-RC）IGBT结构的制作方法

本发明的各个方面涉及绝缘栅双极晶体管(igbts)，确切地说，本发明的各个方面涉及具有反向导电区域和igbt区域的反向导电igbt(rc-igbt)组合物。

背景技术：

1、igbt器件提供了优于金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)的许多优点，例如igbt器件可以被设计为具有对高击穿电压(例如，大于600伏)和低导通状态电压的容限。这些特性使igbt器件非常适合高电压、高电流的应用，例如车辆电动机控制、电源控制器和功率转换。

2、在正向配置的igbt器件中，igbt对流过器件的电流产生栅极电压控制的电阻。这是施加到集电极的比发射极更正的电压，在集电极区域和衬底区域(在本文中也称为漂移区域)之间的结处产生正向偏置的二极管，并且在本体区域和衬底区域之间产生反向偏置的二极管。施加到栅极的大于栅极阈值电压的正电压导致在本体区域中形成导通沟道，本体区域是载流子从源极区域迁移到漂移区域的路径，从而允许电流流动。低电阻归因于集电极/漂移结处的正向偏置二极管。快速开关穿通igbt器件通常是单向的，这意味着当以“反向配置”排列时，它们不会导通。也就是说，当向集电极施加比发射极更低的电压时，即使向栅极施加大于栅极阈值电压的正电压，电流也会被阻断，因为集电极/漂移结被反向偏置。为了补偿这种单向流动，在一些igbt设计中加入了单片续流二极管，以允许反向导通。igbt中的单片续流二极管与mosfet中的体二极管具有相同的用途。集成单片续流二极管的igbt被命名为反向导通igbt(rc-igbts)。

3、当前的rc-igbt设计存在两个主要缺点。首先，续流二极管具有高反向恢复电荷(高qrr)。这种高反向恢复电荷可能导致几个问题，包括积累电荷的放电作为通过igbt发射极的附加电流和栅极反弹。其次，rc-igbt的igbt具有回扫电压，该回扫电压使igbt对从集电极到发射极的电压表现出非常高的电阻，直到达到igbt的回扫电压阈值，在该阈值处igbt“导通”，表现出低电阻。回扫现象可以阻止igbt的完全导通，导致大的导通能量损失，这对igbt来说是次优行为。

4、正是在这种背景下提出了本发明的各个方面。

技术实现思路

1、基于前述技术问题，本发明的目的在于提供一种双p-本体剂量反向导通igbt结构，所述反向导通igbt结构包含边界区域，所述边界区域允许减少空穴向有源二极管区域的迁移，并且通过分离有源顶侧igbt区域和有源后侧二极管阴极区域来消除寄生mosfet。

2、为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种反向导通igbt，包括：

4、一个掺杂有第一导电类型的离子衬底,具有顶部和与所述顶部相对的背部，其中所述第一导电类型与第二导电类型相反；

5、一个或多个igbt顶部单元，包括形成在衬底的顶部中并掺杂有第二导电类型离子的igbt本体区域，以及形成在igbt本体区域中并重掺杂有第一导电类型离子的igbt源极区域；

6、一个或多个二极管顶部单元，包括形成在衬底的顶部中并掺杂有第二导电类型离子的顶部二极管阳极区域；

7、一个igbt背部集电极区域，其形成在所述一个或多个igbt顶部单元下方的所述衬底的背部中并且重掺杂有所述第二导电类型的离子；

8、一个边界区域，所述边界区域形成在所述一个或多个二极管顶部单元的一部分下方的所述衬底的背部中并且重掺杂有所述第二导电类型的离子。

9、可选的，还包括一个背部二极管阴极区域，所述背部二极管阴极区域形成在所述一个或多个二极管顶部单元的一部分下方的所述衬底的背部中并且重掺杂有所述第一导电类型的离子。

10、可选的，所述边界区域将所述背部二极管阴极区域与顶侧igbt区域分隔开。

11、可选的，所述背部二极管阴极区域被所述igbt背部集电极区域包围，并且其中所述边界区域在所述背部二极管阴极区域和所述igbt背部集电极区域之间。

12、可选的，所述边界区域围绕所述背部二极管阴极区域。

13、可选的，两个或多个二极管阴极区域由两个或更多个对应的边界区域和igbt背部集电极区域的一部分分隔开。

14、可选的，选择边界区域的大小以影响igbt的回扫电压和二极管的反向恢复电荷。

15、可选的，二极管阳极区域的掺杂浓度被选择为影响二极管的反向恢复电荷。

16、可选的，缓冲区域形成在衬底的背部中并且重掺杂有第一导电类型的离子，并且其中igbt背部集电极区域和边界区域形成在缓冲区域中。

17、可选的，所述一个或多个igbt顶部单元还包括在所述衬底的顶表面上并与所述衬底绝缘的平面栅电极。

18、可选的，所述一个或多个igbt顶部单元还包括沟槽栅电极，所述沟槽栅电极形成在所述衬底的顶部中的沟槽中并且与所述衬底绝缘。

19、可选的，所述一个或多个igbt顶部单元还包括在与所述衬底绝缘的所述衬底的顶表面上的平面栅电极和形成在与衬底绝缘的衬底的顶部中的沟槽中的igbt电荷平衡电极。

20、可选的，所述一个或多个二极管顶部单元还包括形成在与所述衬底绝缘的所述衬底的顶部中的沟槽中的一个或更多个二极管电荷平衡电极。

21、可选的，二极管顶部单元还包括一个或多个二极管阳极接触区域，所述一个或更多个二极管阳极接触区域形成在用第二导电类型的离子重掺杂的二极管阳极区域中。

22、可选的，所述一个或多个igbt顶部单元还包括重掺杂有所述第二导电类型的离子并形成在所述igbt源极区域旁边的igbt发射极区域。

23、可选的，二极管阳极区域具有比igbt本体区域更低的掺杂剂浓度。

24、本发明与现有技术相比具有以下优点：

25、本发明的一种双p-本体剂量反向导通igbt结构中，所述反向导通igbt结构包含边界区域，所述边界区域允许减少空穴向有源二极管区域的迁移，并且通过分离有源顶侧igbt区域和有源后侧二极管阴极区域来消除寄生mosfet。

技术特征：

1.一种反向导通igbt，其特征在于，包括：

2.权利要求1所述的反向导通igbt，其特征在于，还包括一个背部二极管阴极区域，所述背部二极管阴极区域形成在所述一个或多个二极管顶部单元的一部分下方的所述衬底的背部中并且重掺杂有所述第一导电类型的离子。

3.权利要求2所述的反向导通igbt，其特征在于，所述边界区域将所述背部二极管阴极区域与顶侧igbt区域分隔开。

4.权利要求2所述的反向导通igbt，其特征在于，所述背部二极管阴极区域被所述igbt背部集电极区域包围，并且其中所述边界区域在所述背部二极管阴极区域和所述igbt背部集电极区域之间。

5.权利要求4所述的反向导通igbt，其特征在于，所述边界区域围绕所述背部二极管阴极区域。

6.权利要求2所述的反向导通igbt，其特征在于，两个或多个二极管阴极区域由两个或更多个对应的边界区域和igbt背部集电极区域的一部分分隔开。

7.权利要求1所述的反向导通igbt，其特征在于，选择边界区域的大小以影响igbt的回扫电压和二极管的反向恢复电荷。

8.权利要求6所述的反向导通igbt，其特征在于，二极管阳极区域的掺杂浓度被选择为影响二极管的反向恢复电荷。

9.权利要求1所述的反向导通igbt，其特征在于，缓冲区域形成在衬底的背部中并且重掺杂有第一导电类型的离子，并且其中igbt背部集电极区域和边界区域形成在缓冲区域中。

10.权利要求1所述的反向导通igbt，其特征在于，所述一个或多个igbt顶部单元还包括在所述衬底的顶表面上并与所述衬底绝缘的平面栅电极。

11.权利要求1所述的反向导通igbt，其特征在于，所述一个或多个igbt顶部单元还包括沟槽栅电极，所述沟槽栅电极形成在所述衬底的顶部中的沟槽中并且与所述衬底绝缘。

12.权利要求1所述的反向导通igbt，其特征在于，所述一个或多个igbt顶部单元还包括在与所述衬底绝缘的所述衬底的顶表面上的平面栅电极和形成在与衬底绝缘的衬底的顶部中的沟槽中的igbt电荷平衡电极。

13.权利要求12所述的反向导通igbt，其特征在于，所述一个或多个二极管顶部单元还包括形成在与所述衬底绝缘的所述衬底的顶部中的沟槽中的一个或更多个二极管电荷平衡电极。

14.权利要求13所述的反向导通igbt，其特征在于，二极管顶部单元还包括一个或多个二极管阳极接触区域，所述一个或更多个二极管阳极接触区域形成在用第二导电类型的离子重掺杂的二极管阳极区域中。

15.权利要求1所述的反向导通igbt，其特征在于，所述一个或多个igbt顶部单元还包括重掺杂有所述第二导电类型的离子并形成在所述igbt源极区域旁边的igbt发射极区域。

16.权利要求1所述的反向导通igbt，其特征在于，二极管阳极区域具有比igbt本体区域更低的掺杂剂浓度。

技术总结本发明公开了一种反向导通IGBT结构，其包括具有顶部和与顶部相对的背部的衬底、一个或多个IGBT顶部单元、包括IGBT背部集电极区域的一个或多个二极管顶部单元，形成在衬底的背部中的一个或者多个IGBT顶部侧单元下方，以及边界区域，所述边界区域形成在所述一个或多个二极管顶部单元的一部分下方的所述衬底的背部中。其优点是：所述反向导通IGBT结构包含边界区域，所述边界区域允许减少空穴向有源二极管区域的迁移，并且通过分离有源顶侧IGBT区域和有源后侧二极管阴极区域来消除寄生MOSFET。技术研发人员：郭智博,卡西克·帕德马纳班,管灵鹏,马督儿·博德受保护的技术使用者：万国半导体国际有限合伙公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10