一种RC-IGBT抗单粒子烧毁器件半元胞结构

一种rc-igbt抗单粒子烧毁器件半元胞结构
技术领域
1.本发明涉及功率半导体器件抗辐射加固技术，具体涉及一种rc-igbt抗单粒子烧毁器件半元胞结构。


背景技术：

2.粒子辐射是影响功率器件的重要原因。功率器件在空间应用中受到粒子辐射之后会引发器件内部产生大量的电子空穴对，在内部的高强电场的作用下，产生的电子和空穴都将被传输到器件的两端，由此产生一种非稳态电流。如果电流过大，就可能导致器件由于焦耳热而导致烧毁，即单粒子烧毁效应。
3.rc-igbt作为一种新型的功率器件，将栅极控制、大电流、反向导通的优势表现出来，在关断瞬态期间，rc-igbt的n型集电区为漂移区残留的载流子提供了一条快速抽走的通道，可以大大减少关断时间。因此，rc-igbt是一种非常有希望成为未来可以替代igbt产品的一种器件结构。然而，rc-igbt固有的一种存在于输出特性第一象限的snapback效应使rc-igbt在并联使用的时候会出现电流不平衡的现象，严重时导致器件无法开启，对器件可靠性及性能造成危害。
4.目前对功率器件的加固方式分为正面有源区加固和背面缓冲层加固两种方法。其中，背面缓冲层加固的方式广泛适用于功率二极管、功率moseft、igbt器件和边缘终端结构等。如果将加厚缓冲层的方式施加于rc-igbt，则会影响snapback效应。因此，一种既可以对rc-igbt进行加固，又可以不损伤snapback效应的结构是需要提出的一种重要方案。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种rc-igbt抗单粒子烧毁器件半元胞结构，以解决现有技术中的rc-igbt在辐射环境中的抗单粒子烧毁能力，且不影响rc-igbt在正向导通初期产生的snapback效应，从而对器件可靠性及性能造成危害的问题。
6.为实现上述目的，本技术提供了如下方案：
7.一种rc-igbt抗单粒子烧毁器件半元胞结构，包括：
8.自下而上的集电极、集电区、缓冲层、漂移区、mos元胞结构。
9.优选的，所述半元胞结构还包括：所述集电区与所述缓冲层之间设置有低掺杂的第二n-漂移区。
10.优选的，所述第二n-漂移区的厚度大于6μm。
11.优选的，所述集电区包括n 集电区和p 集电区。
12.优选的，所述缓冲层和所述漂移区均是n-型区域。
13.优选的，所述缓冲层的厚度大于6μm。
14.优选的，所述缓冲层的掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
～1
×
10
17
cm-3
。
15.优选的，所述rc-igbt的半元胞宽度为200～400μm。
16.本发明的有益效果为：
17.本发明公开了一种rc-igbt抗单粒子烧毁器件半元胞结构，由于被加厚的缓冲层对电场的缓冲作用，使rc-igbt承受由于粒子入射引发的电场被平缓，可以大大降低n-漂移区和缓冲层高低结处的碰撞电离。从而提高了器件的抗seb性能。同时，由于被抬高的缓冲层下方的低掺杂的n型区域，使rc-igbt的snapback效应减弱，抵消了由于缓冲层加厚引发的snapback效应的增强部分。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例中基于本发明设计的rc-igbt半元胞结构示意图；
20.图2为本发明实施例中传统rc-igbt结构示意图；
21.图3为本发明实施例中图1和图2所示结构的正向和反向iv曲线图；
22.图4为本发明实施例中图2所示结构的集电极电流随时间变化曲线图；
23.图5为本发明实施例中图1所示结构的集电极电流随时间变化曲线图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
26.如图1所示，一种rc-igbt抗单粒子烧毁器件半元胞结构，包括：
27.自下而上的集电极、集电区、缓冲层、漂移区、mos元胞结构。
28.具体的，半元胞结构还包括：集电区与缓冲层之间设置有低掺杂的第二n-漂移区。
29.具体的，第二n-漂移区的厚度大于6μm。
30.具体的，集电区包括n 集电区和p 集电区。
31.具体的，缓冲层和漂移区均是n-型区域。
32.具体的，缓冲层的厚度大于6μm。
33.具体的，缓冲层的掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
～1
×
10
17
cm-3
。
34.具体的，rc-igbt的半元胞宽度为200～400μm。
35.具体的，mos元胞结构为多个，每一个元胞包括p-体区，p-体区嵌入在n-漂移区中，p-体区中嵌入有n ，n 中嵌入有p ，p-体区、n 和p 的上表面均和n-漂移区的上表面平齐。
36.在本实施例中，该rc-igbt器件与传统器件相比增加了n-缓冲层的厚度，且n-缓冲层向上抬起一定的距离，在p 集电区和n-缓冲层之间增加低掺杂的第二n-漂移区，即图1中的n-漂移区2。传统rc-igbt结构如图2所示，本发明提出的rc-igbt半元胞结构与传统rc-igbt相比，在于在n-漂移区的内底部引入了被加厚和抬高的缓冲层，在缓冲层的下方是低掺杂的n-漂移区2。由于上述的n-缓冲层被加厚，使器件运行过程中受重粒子影响后的电场
得到一定的缓解，提高了抗单粒子烧毁的韧性。另一方面，由于上述的n-缓冲层被抬高，使器件运行过程中的电子导通路径的电阻增大，使器件的snapback效应没有受到缓冲层被加厚的影响。
37.具体的，n-缓冲层的厚度为10μm。
38.具体的，n-缓冲层的掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
。
39.具体的，n-缓冲层与p 集电区之间的n-漂移区2的厚度为10μm。
40.在本实施例中，选用1200v rc-igbt器件，单个mos元胞宽度为10μm，半集电极宽度为360μm，厚度为130μm；漂移区浓度为5.0
×
10
13
cm-3
，栅氧化层厚度为0.05μm；
41.在本实施例中，在n-漂移区底部形成厚度为10μm、掺杂浓度为1.0
×
10
16
cm-3
的n-缓冲层，并向上推进，使n-缓冲层与p 集电区分离。
42.在本实施例中，根据图3所示仿真结果可以得出，当mos元胞宽度为10μm、半集电极宽度为360μm时，图1和图2结构表现出同样0.22v的snapback电压。
43.在本实施例中，根据图4所示仿真结果可以得出，当n-缓冲层的厚度为6μm、掺杂浓度为1.0
×
10
16
cm-3
时，图2结构的rc-igbt的单粒子烧毁阈值在730v～740v之间。
44.在本实施例中，根据图5所示仿真结果可以得出，当n-缓冲层的厚度为10μm、掺杂浓度为1.0
×
10
16
cm-3
，n-缓冲层与p 集电区直接的低掺杂n-漂移区2的厚度为10μm、掺杂浓度为5.0
×
10
13
cm-3
时，图1结构的rc-igbt的单粒子烧毁阈值在1100v～1200v之间。
45.以上所述的实施例仅是对本技术优选方式进行的描述，并非对本技术的范围进行限定，在不脱离本技术设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本技术的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本技术权利要求书确定的保护范围内。