一种RC-IGBT及其制造方法

技术领域

本发明涉及IGBT技术领域，尤其涉及一种RC-IGBT及其制造方法。

背景技术

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。

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。

但该专利存在众多缺陷，其在于：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT的简化三维结构示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT的简化二维结构示意图；

图3是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT制造方法的步骤S1～S3的二维结构横截面示意图；

图4是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT制造方法的步骤S4的二维结构横截面示意图；

图5是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT制造方法的步骤S5的二维结构横截面示意图；

图6是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT制造方法的步骤S6的二维结构横截面示意图；

图7是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT制造方法的步骤S7的二维结构横截面示意图；

图8是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT制造方法的步骤S8的二维结构横截面示意图；

图9是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT制造方法的步骤S9的二维结构横截面示意图；

图10是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT制造方法的步骤S10的二维结构横截面示意图；

图11是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT的电压折回现象的IGBT正向导通电压电流波形图；

图12是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT的电压折回现象的IGBT正向导通电压电流波形图的A部的放大图；

图13是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT的二极管反向恢复电流波形图；

图14是本发明提供的一种优选实施方式的一种RC-IGBT的二极管导通电压与导通电流的波形示意图。

附图标记列表

11：N型集电极区；12：N型截止层；13：N型漂移层；14：N型存储层；15：N型发射极区；16：N型柱状区；21：P型集电极区；22：P型截止层；23：P型基区；24：P型发射极区；31：栅极沟槽；32：发射极沟槽；41：绝缘介质层；51：第一接触面；52：第二接触面；53：接触部；61：栅电极；62：发射电极；63：集电极；71：第一方向；72：第二方向；73：第三方向；81：IGBT区域；82：二极管区域；91：第一曲线；92：第二曲线；93：第三曲线；94：第四曲线；95：第五曲线；96：第六曲线；97：第七曲线；98：第八曲线。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明对部分名词术语进行以下说明。

RC-IGBT(reverse conducting IGBT)：也称为逆导型IGBT。逆导型IGBT是为适应不同应用线路的需要而研制的IGBT派生器件。逆导型IGBT是将传统的IGBT元胞结构与FRD元胞结构巧妙集成于同一芯片，提供了一个紧凑的电流泄放电路。

续流二极管(Freewheeling Diode)：也称为飞轮二极管或是snubber二极管，是一种配合电感性负载使用的二极管，当电感性负载的电流有突然的变化或减少时，电感二端会产生突变电压，可能会破坏其他元件。当电感配合续流二极管时，其电流可以较平缓地变化，避免突波电压的发生。

欧姆接触(ohmic contacts)：半导体与金属接触时，多会形成势垒层，但当半导体掺杂浓度很高时，电子可借隧道效应穿过势垒，从而形成低阻值的欧姆接触。欧姆接触对半导体器件非常重要，形成良好的欧姆接触有利于电流的输入和输出，对不同半导体材料常选择不同配方的合金作欧姆接触材料。

肖特基接触(schottky contacts)：是指金属和半导体材料相接触时，在界面处半导体的能带弯曲，形成肖特基势垒。势垒的存在才导致了大的界面电阻。

能带弯曲(bandbending)：半导体能带图表示电子在原子周期势场中处于不同能量的能级上；对电子而言，越是顺着电场方向，其电势越低(负值)，其势能就越大。因此，顺着电场方向的电子所处的能级越来越高，于是发生了能带弯曲。

电压折回现象(snapback)：在集电极电压较低时，RC-IGBT底部的PN结未导通，导致从顶部注入的电子仅能通过RC-IGBT的N型集电极区流入集电极。RC-IGBT呈现单极导通模式。当集电极电压逐步升高并且抵达阈值时，RC-IGBT底部的PN结导通，电子不仅能够通过RC-IGBT的N型集电极区流入集电极，还能通过P型集电极区流入集电极。RC-IGBT呈现双极导通模式。由于RC-IGBT在导通过程中存在两个导通模式之间的转换过程(即，从单极导通模式转换为双极导通模式)，导致了RC-IGBT电压的突变，在输出特性曲线上就会出现一个负阻区，此即电压折回现象。

反向恢复电流：二极管的反向恢复电流是低频电路中的一种特殊电流，它是在放大器、数字电路、功率放大器和其他类型电路中常见的一种电流。理想的二极管在承受反向电压时截止，不会有反向电流通过。而实际二极管正向导通时，PN结内的电荷被积累，当二极管承受反向电压时，PN结内积累的电荷将释放并形成一个反向恢复电流，它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。

IGBT区域81：如图1所示，本发明的IGBT区域81是指包含若干个栅极沟槽31的区域。

二极管区域82：本发明的二极管区域82是指包含若干个发射极沟槽32的区域。在图1中，左侧区域为IGBT区域81，右侧区域为二极管区域82，并且以最左的发射极沟槽32的左侧为IGBT区域81和二极管区域82的分界线。

在本发明中，图1示出了RC-IGBT在第一方向71和第三方向73组成的平面上的立体图。在该图1中，深度方向是指RC-IGBT的竖直方向，即，发射极沟槽32的深度方向。

第二方向72：第二方向72是指在垂直于深度方向的平面内，与栅极沟槽31和发射极沟槽32的延伸方向(即，长度方向)平行的方向。

第一方向71：第一方向71是指在垂直于深度方向的平面内，与第二方向72垂直的方向。在本发明中，第一方向71与若干发射极沟槽32横向间隔排列的方向平行。

第三方向73：第三方向73是指上述深度方向。第三方向73与第一方向71和第二方向72垂直。在本发明中，第三方向73与栅极沟槽31和发射极沟槽32的深度方向平行。

正向：本发明中的正向能够是指在二极管区域82导通阶段时，电流从P型发射极区24或N型柱状区16纵向向下流经N型存储层14、P型截止层22、N型漂移层13、N型截止层12、N型集电极区11最终流向集电极63的方向。

反向：本发明中的反向能够是指在二极管区域82反向恢复阶段时，电流从N型集电极区11纵向向上流经N型截止层12、N型漂移层13、P型截止层22、N型存储层14、P型发射极区24或N型柱状区16最终流向发射电极62的方向。

需要说明的是，在未设置第一接触面51和第二接触面52的情况下，二极管的正向电流或反向恢复电流的流向和流动过程也与上述一致。

实施例1

本发明旨在提出一种新型RC-IGBT来降低RC-IGBT的开启功耗以及导通损耗。

现有技术的传统RC-IGBT是将续流二极管和IGBT集成到同一硅片上的功率器件。但是传统的RC-IGBT在正向导通时存在电压折回现象，其原因在于：在集电极电压较低时，RC-IGBT底部的PN结未导通，导致从顶部注入的电子仅能通过RC-IGBT的N型集电极区流入集电极。RC-IGBT呈现单极导通模式。由于N型漂移层的掺杂浓度较低，并且电子仅能通过RC-IGBT的N型集电极区流入集电极，导致处于单极导通模式下的RC-IGBT的导通电压较高。当集电极电压逐步升高并且抵达阈值时，RC-IGBT底部的PN结导通，电子不仅能够通过RC-IGBT的N型集电极区流入集电极，还能通过P型集电极区流入集电极。RC-IGBT呈现双极导通模式。由于在双极导通模式下，RC-IGBT的底部注入了大量的空穴，N型漂移区发生电导调制，使得RC-IGBT的导通电压降低。因此，传统的RC-IGBT在从单极导通模式切换至双极导通模式的情况下，由于导通电压的突降，导致RC-IGBT出现电压折回现象，从而影响RC-IGBT的可靠性能。

此外，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。由于续流二极管在进行续流时，其存储了较多的非平衡载流子，导致续流二极管在进行反向恢复时有大量非平衡载流子需要被抽出，从而导致续流二极管产生了较大的反向恢复电流。较大的反向恢复电流会显著增加RC-IGBT的开启功耗。因此，如何针对上述两个方面对传统RC-IGBT进行优化，是现有技术急需解决的问题。

针对上述问题，本发明涉及一种RC-IGBT，用于抑制RC-IGBT的电压折回以及降低RC-IGBT的反向恢复电流。图1示出本发明的一种RC-IGBT的三维结构横截面示意图。图2示出本发明的一种RC-IGBT的二维结构横截面示意图。

在本发明中，图1示出了RC-IGBT在第一方向71和第三方向73组成的平面上的立体图。

如图1和图2所示，本发明的一种RC-IGBT包括IGBT区域81和二极管区域82。本发明以N型漂移层13为衬底构建出了IGBT区域81和二极管区域82。优选地，本发明的一种RC-IGBT还包括N型截止层12、P型集电极区21和N型集电极区11。N型截止层12设置于N型漂移层13的底层。

优选地，N型截止层12的底层设置有P型集电极区21和N型集电极区11。P型集电极区21和N型集电极区11相邻。P型集电极区21和N型集电极区11的底层表面淀积金属以形成有集电极63。

RC-IGBT还包括P型基区23、N型存储层14和P型截止层22。优选地，在第三方向73上，由上至下依次排列为P型基区23、N型存储层14、P型截止层22和N型漂移层13。

N型存储层14为N型掺杂的载流子存储层。当IGBT正向导通时，N型漂移层13与N型存储层14之间的N-N+结会建立起扩散电势以阻碍空穴的流动。N型漂移层13的下表面存在空穴的堆积。当空穴数量大于电子的数量时，该区域将不能维持电荷平衡条件。为了维持这一条件，IGBT的发射极一侧会注入更多的电子流过P型基区23中的反型层沟道到达该区域，从而使得N型漂移层13中靠近发射极一侧的载流子浓度局部增加，降低了IGBT的导通压降。

在如上述RC-IGBT的结构设置的基础上，本发明针对现有RC-IGBT存在的电压折回现象以及二极管区域82导通时反向恢复电流较大的问题，改进了N型漂移层13以上的结构。

在如图1和图2所示的本发明的RC-IGBT中，本发明的RC-IGBT包括IGBT区域81和二极管区域82。在IGBT区域81内，P型发射极区24的表面淀积金属层。该金属层形成第一接触面51。第一接触面51是欧姆接触面。优选地，P型发射极区24为重掺杂，掺杂浓度大于1e19cm

在二极管区域82内，N型柱状区16的表面淀积金属层。该金属层形成了第二接触面52。第二接触面52是肖特基接触面。上述金属例如是金、银和铂等。优选地，N型柱状区不能为重掺杂，其掺杂浓度范围为1e16cm

IGBT区域81的第一接触面51和二极管区域82的第二接触面52作用的区别在于：IGBT的第一接触面51能够保证在IGBT区域81导通时，N型发射极区15、P型发射极区24以及P型基区23的电位一致，避免发生闩锁。二极管区域82的第二接触面52能够保证在二极管区域82导通时，P型发射极区24向N型漂移层13注入空穴参与导电，从而降低二极管的导通电压。

当二极管区域82导通时，P型发射极区24会向N型漂移层13注入少子(空穴)并参与导电。

当二极管区域82导通时，N型柱状区16不向N型漂移层13注入少子(空穴)。由于N型柱状区16不向N型漂移层13注入空穴，减少了二极管区域82导通时存储的非平衡载流子，使得电流反向恢复时需要被抽取的载流子减少，从而减小了反向恢复电流，降低了RC-IGBT的开启功耗。

即，在二极管区域82导通的情况下，第一接触面51和第二接触面52限制少子空穴流动。在二极管区域82中的非平衡载流子的存储减少的情况下，续流二极管进行反向恢复时仅有少量非平衡载流子被抽出，由此减小了续流二极管产生的反向恢复电流。

如图13所示，第一曲线91表示了传统RC-IGBT的反向恢复电流波形曲线；第二曲线92表示了本发明提出的第一接触面51和第二接触面52的面积比例为4：1的RC-IGBT的反向恢复电流波形曲线；第三曲线93表示了本发明提出的第一接触面51和第二接触面52的面积比例为3：2的RC-IGBT的反向恢复电流波形曲线；第四曲线94表示了本发明提出的第一接触面51和第二接触面52的面积比例为2：3的RC-IGBT的反向恢复电流波形曲线。

如图14所示，第五曲线95表示了传统RC-IGBT的二极管导通电压与导通电流的波形曲线；第六曲线96表示了本发明提出的第一接触面51和第二接触面52的面积比例为4：1的RC-IGBT的二极管导通电压与导通电流的波形曲线；第七曲线97表示了本发明提出的第一接触面51和第二接触面52的面积比例为3：2的RC-IGBT的二极管导通电压与导通电流的波形曲线；第八曲线98表示了本发明提出的第一接触面51和第二接触面52的面积比例为2：3的RC-IGBT的二极管导通电压与导通电流的波形曲线。

上述面积比例是指若干第一接触面51的面积总和与若干第二接触面52的面积总和的比值。

传统的RC-IGBT其反向恢复电流接近300A，但是在相同导通电流的情况下，传统RC-IGBT的导通电压小。第二接触面52所占的面积比例越大，则反向恢复电流越小(开关损耗越低)。由于导通损耗(即，通态损耗)等于导通电压乘以导通电流。如图14所示，当导通电流相同时，导通损耗随着导通电压的升高而升高。

本发明通过设置第一接触面51和第二接触面52将反向恢复电流减小至120A，并且其相对的导通损耗未提高过多，有效降低了RC-IGBT的开启功耗。本发明的第一接触面51和第二接触面52的面积比例的确定是在降低反向恢复电流与增加导通损耗之间做出的平衡性选择，能够同时兼顾显著降低反向恢复电流和导通损耗控制在可接受范围内的效果。

需要说明的是，图13中的负数代表该电流为反向，并非是其数值为负数。

理论上，若在二极管区域82上仅设置若干个第二接触面52，不设置第一接触面51，则反向恢复电流峰值可以达到最小，从而使得RC-IGBT的开启损耗最低，但同时RC-GBT的导通电压也最高，导致导通损耗最大。因此，本发明同时设置第二接触面52和第一接触面51，在将反向恢复电流的峰值显著降低至较小的情况下，使得RC-IGBT的导通损耗也在可接受的范围内。

根据一种优选的实施方式，第一接触面51和第二接触面52在第二方向72上的长度存在差异，和/或第一接触面51和第二接触面52在第一方向71上的宽度存在差异，以使得RC-IGBT的导通损耗和开关损耗能够基于第一接触面51和第二接触面52的面积比例来进行调节。

本发明能够通过改变第一接触面51和第二接触面52在第一方向71的宽度和/或在第二方向72的长度来调整第一接触面51和第二接触面52的面积比例，从而实现不同的导通损耗和开关损耗要求。

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82的第一接触面51和第二接触面52的面积比例，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。

在本发明中，如图1和图2所示，单个发射极沟槽32的长度方向平行于图1所示的第二方向72，其深度方向平行于图1所示的第三方向73，其宽度方向平行于图1所示的第一方向71。在设置若干发射极沟槽32的情况下，若干发射极沟槽32在宽度方向上(即在第一方向71上)互相间隔。若干发射极沟槽32设置于二极管区域82中。

根据一种优选的实施方式，相邻两个发射极沟槽32之间的间隔优选为3μm。P型发射极区24或N型柱状区16设置在相邻两个发射极沟槽32之间。P型发射极区24的宽度等于第一接触面51的宽度。N型柱状区16的宽度等于第二接触面52的宽度。第一接触面51或第二接触面52的宽度优选为0.4μm。第一接触面51和第二接触面52设置于相邻两个发射极沟槽32之间的中线位置。相邻两个发射极沟槽32的间隔、第一接触面51和第二接触面52宽度能够根据工艺技术水平进行等比例缩小或放大。

需要说明的是，本发明的相邻两个发射极沟槽32的间隔优选为3μm，但是不代表本发明不包括其余间隔和宽度的技术方案，该间隔和宽度是根据工艺技术水平得出的最优设置方案，能够对应等比例缩小或放大，其为最优设置方案的原因在于能够避免在工艺对准精度较差的情况下，发射极沟槽32与第一接触面51和第二接触面52的直接相连。

优选地，沿第二方向72间隔排布的第一接触面51和第二接触面52之间设置有间隔结构。上述间隔结构能够是发射极沟槽32，即，发射极沟槽32还在第二方向72上间隔第一接触面51和第二接触面52。

本发明采用发射极沟槽32分别在第一方向71上和第二方向72上将第一接触面51和第二接触面52隔开，从而避免P型发射极区24和N型柱状区16之间形成电流通路，影响RC-IGBT器件的可靠性。

根据一种优选的实施方式，IGBT区域81设置有若干栅极沟槽31。单个栅极沟槽31的长度方向平行于图1所示的第二方向72，其深度方向平行于图1所示的第三方向73，其宽度方向平行于图1所示的第一方向71。在设置若干栅极沟槽31的情况下，若干栅极沟槽31在宽度方向上(即在第一方向71上)互相间隔。

本发明的栅极沟槽31只用于实现IGBT的开启和关断功能，因此二极管区域82不设置栅极沟槽31。

优选地，栅极沟槽31和发射极沟槽32由绝缘介质层41和多晶硅组成。栅极沟槽31和发射极沟槽32的绝缘介质层41形成的内部空间中填充有多晶硅。若干个栅极沟槽31和若干个发射极沟槽32彼此分离设置。若干个栅极沟槽31和若干个发射极沟槽32的竖向底部为弧面。绝缘介质层41例如是氧化层。若干个栅极沟槽31和若干个发射极沟槽32贯穿并且嵌入P型基区23、N型存储层14和P型截止层22中。

优选地，若干个栅极沟槽31和若干个发射极沟槽32的沟槽深度能够为5μm。优选地，发射极沟槽32以沟槽深度分别大于P型发射极区24和N型柱状区16的沟槽深度的方式将第一接触面51和第二接触面52分隔。优选地，栅极沟槽31和发射极沟槽32以沟槽深度大于P型截止层22的深度的方式嵌入P型截止层22中。由于当P型截止层22的深度超过栅极沟槽31和发射极沟槽32深度时，会导致IGBT的顶部MOS电子沟道无法开启，使得IGBT不能正常工作。因此，本发明的栅极沟槽31和发射极沟槽32贯穿P型基区23、N型存储层14和P型截止层22设置以保证IGBT的正常开启。本发明分开排列在IGBT区域81和二极管区域82的栅极沟槽31和发射极沟槽32有助于降低RC-IGBT的输入电容，从而提高其开关速度。

优选地，两个栅极沟槽31之间或一个栅极沟槽31和一个发射极沟槽32之间是按照如下方式间隔的：在两个栅极沟槽31之间或一个栅极沟槽31和一个发射极沟槽32之间还设有由P型发射极区24、N型发射极区15、P型基区23、N型存储层14和P型截止层22所构成的间隔部。

优选地，间隔部在两个栅极沟槽31之间或一个栅极沟槽31和一个发射极沟槽32之间沿沟槽纵向延伸。间隔部用于隔绝N型漂移层13中的载流子损失，并且用于避免N型漂移层13与各电极的直接接触而导电。

优选地，由P型发射极区24、N型发射极区15、P型基区23、N型存储层14和P型截止层22所构成的间隔部的宽度范围为小于两个发射极沟槽32之间的间距，即，IGBT区域81的相邻两个栅极沟槽31的间距小于二极管区域82的相邻两个发射极沟槽32的间距。优选地，IGBT区域81的相邻两个栅极沟槽31的间距与二极管区域82的相邻两个发射极沟槽32的间距的比优选为1：2。

本发明的相邻两个栅极沟槽31的间距的减小能够增加IGBT区域81的电流密度，即，在同一面积条件下，IGBT区域81的栅极沟槽数量更多，电流密度更大。

根据一种优选的实施方式，IGBT区域81还包括N型发射极区15。优选地，在两个栅极沟槽31分别朝向位于两个栅极沟槽31之间的P型发射极区24的相应区域内设有至少一个N型发射极区15，或在一个栅极沟槽31和一个发射极沟槽32分别朝向位于栅极沟槽31和发射极沟槽32之间的P型发射极区24的相应区域内设有至少一个N型发射极区15。在P型发射极区24的横向两侧与两个栅极沟槽31之间形成有两个N型发射极区15。在P型发射极区24的横向两侧与一个栅极沟槽31和一个发射极沟槽32之间形成有两个N型发射极区15。

优选地，RC-IGBT还包括栅电极61和发射电极62。优选地，栅电极61与若干个栅极沟槽31分别连接，发射电极62与若干个发射极沟槽32、若干个P型发射极区24和若干个N型柱状区16连接。发射极沟槽32将N型柱状区16与P型发射极区24隔离开。栅极沟槽31左右两侧与N型发射极区15、P型基区23、N型存储层14和P型截止层22直接接触，并且在P型发射极区24上表面连接有发射电极62。

本发明设置N型发射极区15的作用在于：

RC-IGBT在开启的过程中，由于P型基区23本身为低浓度的P型掺杂区，在栅电极61存在的电位大于RC-IGBT阈值电压时，在正的栅极电压的作用下，栅极沟槽31内的多晶硅将产生一个由栅电极61指向P型基区23的电场，但不会产生电流。该电场排斥空穴而吸引电子，使得N型发射极区15中的电子被吸引至P型基区23与栅极沟槽31的绝缘介质层41的交界面处。当正的栅极电压达到一定数值时，该电子在P型基区23与栅极沟槽31的绝缘介质层41的交界面处形成了反型层。反型层于该交界面处的堆积导致了导电沟道的形成，即，电子导电通道。N型发射极区15为发射电子的区域，为N型掺杂区。导电沟道的形成实现了N型发射极区15与N型漂移层13的导通，从而使得N型发射极区15的电子流动至N型漂移层13，实现了发射电极62与集电极63的导通。

实施例2

本实施例可以是对上述实施例的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

优选地，在设置若干个第一接触面51和若干个第二接触面52的情况下，第一接触面51和第二接触面52在第二方向72上周期排列。第一接触面51和第二接触面52周期排列的方式是指第一接触面51和第二接触面52的排布方式存在周期性。

进一步优选地，在设置若干个第一接触面51和若干个第二接触面52的情况下，第一接触面51和第二接触面52在第二方向72上交错排布。相邻两个发射极沟槽32之间设置有沿第二方向72交错排列的若干个第一接触面51和若干个第二接触面52。

优选地，在设置若干个第一接触面51和若干个第二接触面52的情况下，第一接触面51和第二接触面52在第一方向71上交错排列。

本发明的第一接触面51和第二接触面52的排布方式能够灵活调整。第一接触面51和第二接触面52的排布方式的改变能够改变第一接触面51和第二接触面52的面积比例，从而能够调节RC-IGBT的导通损耗和开关损耗。不仅如此，第一接触面51和第二接触面52交错排列在二极管区域82的方式还能够使得二极管区域82具有电流均一性。

若第一接触面51和第二接触面52在第一方向71和/或第二方向72上的排布方式的顺序设置为：第一接触面51、第一接触面51、第二接触面52和第二接触面52。

由于P型发射极区24会向N型漂移层13注入空穴，使得P型发射极区24下方的N型漂移层13电阻降低，电流会倾向于流向电阻更低的区域。因此，P型发射区24下方的N型漂移层13流过的电流会大于N型柱状区16下方的N型漂移层13流过的电流。

上述排布方式会使得电流更集中于流过P型发射极区24下方的N型漂移层13，可能造成局部(即P型发射极区24下方的N型漂移层13)的电流集中，进而导致局部热量积累。

对比于第一接触面51和第二接触面52在第一方向71和/或第二方向72上的交错排列方式。交错排列方式能够让每个N型柱状区16两侧均设置有P型发射极区24，从而使得N型漂移层13中流过的电流相对均匀，不会造成局部的电流集中，同样也不会导致局部热量积累。其余排布方式的缺点如上述同理，在此不做赘述。

优选地，发射极沟槽32在第二方向72上连续延伸以使得二极管区域82被分割为包含第一接触面51和第二接触面52的若干个接触部53。

在本发明中，接触部53在二极管区域82内沿第二方向72延伸，即，接触部53的长度方向平行于图1所示的第二方向72。第一接触面51和第二接触面52在接触部53中沿第二方向72间隔排布。

优选地，第一接触面51和第二接触面52周期排列的方式还包括：相邻两个接触部53中第一接触面51和第二接触面52的排布方式的周期性不同，以使得导通损耗和开关损耗能够基于第一接触面51和第二接触面52的排布方式来进行调节。

相邻两个接触部53中的第一接触面51和第二接触面52的排布方式存在周期性。该周期性使得相邻两个接触部53能够形成如图1中第一接触面51和第二接触面52的交错排布方式。该周期性还能使得第一接触面51和第二接触面52的排布方式区别于图1中的交错排布方式。

例如，某一接触部53的第一接触面51和第二接触面52的排布方式的顺序能够为：第一接触面51、第一接触面51以及第二接触面52，并且由此为循环进行排布。与该接触部53相邻的另一接触部53的第一接触面51和第二接触面52的排布方式的顺序能够为：第一接触面51、第二接触面52以及第一接触面51，并且由此为循环进行排布。由上述可知，相邻两个接触部53沿第二方向72上的起点位置处的接触面类型相同，但是沿第二方向72上的第一接触面51和第二接触面52的循环方式对应，由此形成不同于交错排布方式的另一种周期性排布方式。

如图1所示，图1中二极管区域82的最左侧的接触部53的第一接触面51和第二接触面52的排布方式为：以第一接触面51和第二接触面52的顺序为循环进行周期性排布。相邻的接触部53的第一接触面51和第二接触面52的排布方式为：以第二接触面52和第一接触面51为循环进行周期性排布，从而形成了交错的排布方式。

本发明第一接触面51和第二接触面52的优选的排布方式为在第一方向71和第二方向72上均交错排布，但是不代表本发明不包括其余第一接触面51和第二接触面52的排布方式。第一接触面51、第一接触面51和第二接触面52的排布方式以及第一接触面51、第二接触面52和第二接触面52的排布方式，乃至更多不同的循环排布方式均能够实现本发明所描述导通损耗以及开关损耗的控制效果，仅在于电流均一性的不同。需要说明的是，相邻两个第一接触面51之间和/或相邻两个第二接触面52之间能够根据工艺需求选择是否设置发射极沟槽32。发射极沟槽32设置于相邻两个第一接触面51之间和/或相邻两个第二接触面52之间能够实现工艺布局的合理性以及电场分布均一性。

实施例3

本实施例可以是对上述实施例的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

根据一种优选的实施方式，P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比不小于9。上述宽度是指P型集电极区21和N型集电极区11沿第一方向71的长度。当P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比小于9时，RC-IGBT的电压折回现象较为显著，即，其电压折回现象的最高电压达到0.8V以上，使得RC-IGBT的可靠性能较低。

优选地，P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比优选为9、19或更大。

P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比越大，抑制电压折回现象的效果就越明显。但是宽度之比的增加，会造成二极管区域82的电流损失。

当P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比等于9时，本发明的RC-IGBT能够达成二极管区域82较小电流损失控制下的最小电压折回现象。再次提高P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比至19也仅能获取相近的电压折回现象。因此，本发明的P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比最优为9，但是不代表本发明不包括P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比不等于9的其余技术方案。

本发明通过将电压折回现象显著抑制至较优情况，同时又不会导致二极管区域82电流的进一步损失。之所以为“较优情况”而非“最优情况”，是因为虽然P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比的继续上升还会更显著抑制电压折回现象，但是二极管区域82的电流损失情况也会逐步增加，即，抑制电压折回现象和降低二极管区域82的电流损失很难同时达到最优情况。因此，本发明提出P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比不小于9。

如图11和图12所示，Lnc表示N型集电极区11的宽度，Lpc表示P型集电极区21的宽度。

当P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比为12：8时，其电压折回现象的最高电压接近1.2V。

当P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比为14：6时，其电压折回现象的最高电压达到0.97V。

当P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比为16：4时，其电压折回现象的最高电压达到0.84V。

当P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比为18：2时，其电压折回现象的最高电压达到0.73V。

当P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比为19：1时，其电压折回现象的最高电压达到0.71V。

由上述可知，在P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比达到9之后，即使再增加P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比，也不能够显著抑制电压折回现象。

因此，本发明通过对P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比的精准规划设置，实现了对RC-IGBT电压折回现象的显著抑制，并且其二极管区域82的电流损失较小、所需的工艺成本维持在正常范围内。本发明设计的P型集电极区21和N型集电极区11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82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82的电流损失较小的效果。

优选地，在设置若干P型集电极区21和若干N型集电极区11的情况下，P型集电极区21和N型集电极区11在第二方向72上交错排布。

如图1所示，在第二方向72上，相邻两个N型集电极区11之间被P型集电极区21分隔。P型集电极区21和N型集电极区11在第二方向72上的长度之比优选为1：1。

P型集电极区21和N型集电极区11的交错排布有助于进一步抑制电压折回现象。如上述的P型集电极区21和N型集电极区11的宽度之比，本发明通过改变P型集电极区21和N型集电极区11在第二方向72上的长度之比来抑制电压折回现象。上述长度之比为1：1仅作为一种参考方案，不代表本发明不包括其余比例。

实施例4

本实施例可以是对上述实施例的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

为了实现上述技术方案，本实施例提供了一种RC-IGBT的制造方法，方法包括：在二极管区域82上淀积金属以形成交错排列的第一接触面51和第二接触面52。优选地，第一接触面51和第二接触面52用于减少或隔绝二极管区域82产生的反向恢复电流。

根据一种优选的实施方式，RC-IGBT制造方法的流程步骤如下：

S1：在N型漂移层13上方注入P型杂质以形成P型截止层22。

S2：在P型截止层22上方注入N型杂质以形成N型存储层14。

S3：在N型存储层14上方注入P型杂质以形成P型基区23。

如图3所示，本发明以N型漂移层13为基底，分别于其上方注入P型杂质或N型杂质，从而形成P型截止层22、N型存储层14、P型基区23和N型漂移层13的分层结构。

S4：在P型基区23上方进行光刻，刻蚀部分区域的硅以回填多晶硅形成栅极沟槽31和发射极沟槽32。

如图4所示，本发明通过于P型基区23上方进行光刻的方式，设置至少四个栅极沟槽31和至少四个发射极沟槽32。

S5：在P型基区23上方进行光刻，注入N型杂质形成N型发射极区15。

如图5所示，本发明在IGBT区域81上进行光刻，通过注入N型杂质的方式形成在两个栅极沟槽31之间或一个栅极沟槽31和一个发射极沟槽32之间的N型发射极区15。

S6：在P型基区23上方进行光刻，刻蚀部分区域硅以注入P型杂质，从而形成P型发射极区24。

如图6所示，本发明在形成N型发射极区15的基础上，蚀刻部分区域硅以注入P型杂质，从而将一个N型发射极区15分隔为两个N型发射极区15，并且两个N型发射极区15之间形成P型发射极区24。本发明还在二极管区域82间隔注入P型杂质，从而形成在两个发射极沟槽32之间的P型发射极区24。

S7：在P型基区23上方进行光刻，注入N型杂质以形成N型柱状区16。

如图7所示，本发明在二极管区域82未形成P型发射极区24并且位于两个发射极沟槽32之间的位置注入N型杂质以形成N型柱状区16。

S8：在P型基区23上方淀积金属，光刻形成栅电极61和发射电极62。发射电极62与N型柱状区16上表面形成肖特基接触面，发射电极62与P型发射极区24上表面和发射极沟槽32上表面形成欧姆接触面。

如图8所示，本发明在P型基区23上方淀积金属，从而光刻形成栅电极61和发射电极62。发射电极62分别与P型发射极区24和N型柱状区16的接触面形成第一接触面51和第二接触面52。

S9：在N型漂移层13下方注入N型杂质形成N型截止层12，之后注入P型杂质形成P型集电极区21。

如图9所示，本发明以N型漂移层13为基底，分别于其下方注入N型杂质和P型杂质，从而形成N型漂移层13、N型截止层12和P型集电极区21的分层结构。

S10：在N型截止层12下方进行光刻，注入N型杂质形成N型集电极区11，之后在P型集电极区21和N型集电极区11下方淀积金属形成集电极63。

如图10所示，本发明在N型截止层12下方进行光刻，注入N型杂质形成N型集电极区11，之后在P型集电极区21和N型集电极区11下方淀积金属形成集电极63。

在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”“根据一个优选的实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。