【专利解密】中车时代改善RC-IGBT导通压降

【爱集微点评】中车时代的IGBT专利通过在栅极的中部刻蚀出多个孔洞区，并利用有预设结构的光刻版在孔洞区合理布局N+发射极的位置，让没有被沟道短路的二极管部分率先进入电导调制状态，能有效降低VF，优化了VFshift。

集微网消息，放眼全球车用IGBT持续供不应求，而乘新能源车东风，中国IGBT功率器件供应商也发展迅猛。

一般IGBT模块工作时，会采用一种的优化的栅控方式以获得最低的功率损耗，对于RCIGBT，当其工作在FRD模式时，正栅压下VF的较负栅压下大，这会导致正栅压下FRD的损耗增大，这种正负栅压下VF不同的现象称之为VFshift。为了解决VFshift较大的问题，一般是从外部着手，优化栅极的控制信号。这种方法能从一定程度上解决逆导IGBT的VFshift过大的问题，但是对驱动器提出了更高的要求。

为此，中车时代于2021年12月16日申请了一项名为“一种RC-IGBT元胞的制备方法及RC-IGBT芯片”的发明专利（申请号：202111543886.0），申请人为株洲中车时代半导体有限公司。

图1 RCIGBT元胞的制备方法的实现流程示意图

图1是本发明提出的一种RCIGBT元胞的制备方法的实现流程示意图。首先对半导体基板进行处理并在其上形成由氧化层和多晶硅组成的栅极（S1），然后在所述栅极的中部刻蚀出多个孔洞区（S2），最后通过一具有预设结构的光刻版在孔洞区进行N+发射极的注入，其中注入有所述N+发射极的区域为IGBT区，未注入所述N+发射极的区域为FRD区（S3）。

这样通过在栅极的中部刻蚀出多个孔洞区，并利用有预设结构的光刻版在孔洞区合理布局N+发射极的位置，让没有被沟道短路的二极管部分率先进入电导调制状态，能有效降低VF，优化了VFshift。

图2 分隔式条形栅极元胞平面示意图

图2为本专利提供的一种分隔式条形栅极元胞平面示意图，在具体实施时，对于步骤S1，可采用N型单晶硅材料或N型外延硅材料作为半导体基板的材料，并充当RCIGBT元胞的漂移区。根据现有的制作方法在漂移区上经过刻蚀有源区100、淀积氧化层、Pbody注入并推结等步骤之后，在上述生成的结构的表面再沉积一层多晶硅或者沉积多晶硅并掺杂形成N型多晶硅。

对于步骤S2，可以通过对栅极200的光刻和刻蚀在所述栅极200上形成多个孔洞区300。相比于只有中间一个孔洞区的结构而言，多个孔洞区之间的间隙部分仍然有栅极，有利于信号同时到达孔洞区300上下两侧的栅极中，进而起到增强栅极信号一致性的效果。

图3 光刻版与分隔式条形栅极元胞的位置示意图

对于步骤S3，可事先设计好具有预设结构的光刻版600，如图3所示，该光刻版600包括板体以及设置在该板体上的多个孔体610。光刻版600上各孔体610沿着栅极200的长度方向依次排列，且孔体610的位置与IGBT区的位置一一对应。如此一来，离子注入时可通过多个孔体610在各个孔洞区300进行N+发射极的注入。

简而言之，中车时代的IGBT专利通过在栅极的中部刻蚀出多个孔洞区，并利用有预设结构的光刻版在孔洞区合理布局N+发射极的位置，让没有被沟道短路的二极管部分率先进入电导调制状态，能有效降低VF，优化了VFshift。

中车时代经过十余年持续投入和平台提升，已经成为国际少数同时掌握大功率晶闸管、IGCT、IGBT及SiC器件及其组件技术的IDM（集成设计制造）模式企业代表。而且中车时代长期坚持自主创新，不断带给用户更多优质的产品的同时，还打造出了一支具备国际视野的技术团队。

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（校对/赵月）