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CSTBT(Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor)是基于槽栅IGBT(Trench Insulated-Gated Bipolar Transistor,TIGBT)结构的一种新型IGBT(Insulated-Gated Bipolar Transistor)器件。该种结构通过在N型漂移区上方引入稍高掺杂的N型区域,形成载流子存储层(Carrier Stored Layer,CS Layer),降低器件的正向导通压降。逆导型CSTBT(Reverse Conducting Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor, RC-CSTBT)是在CSTBT的背部引入部分N型掺杂,将CSTBT应用中需要反向并联的快恢复二极管(Fast Recovery Diode,FRD)集成于CSTBT内部,该种结构的IGBT可以有效提高功率器件的集成度,并降低封装成本。设计RC-CSTBT的关键是:优化CSTBT与FRD性能的折衷关系以及消除RC-CSTBT正向导通过程中的 snapback 现象。本文结合代工厂的实际工艺条件,设计出一款 1700V RC-CSTBT,研究工作如下: 1、建立了该结构的整体工艺流程。包含正面发射极、栅极和终端的制作,以及背部FS层(Field Stop Layer)、P型集电区和N+短路区的制作。背部FS层通过高能离子注入的方式形成,降低了器件的厚度和背部的注入效率。 2、基于设定的器件参数要求,进行CSTBT结构设计及参数优化。包括CSTBT的正向阻断电压BV、阈值电压VTH、饱和导通压降VCE, sat以及寄生电容等。整个优化过程中,考虑各项工艺参数对器件性能的折衷关系,优化后的器件性能符合所有设计预期值。 3、在 CSTBT 优化元胞的基础上进行 1700V RC-CSTBT 的设计。包括优化CSTBT元胞和FRD元胞的数量来消除snapback现象、关断特性的仿真、三种终端结构的设计以及版图的绘制。通过本次的仿真优化,设计的 1700V RC-CSTBT的各项参数如下所示:正向阻断电压BV为2270V,阈值电压VTH为5.1V,饱和导通压降VCE, sat为2.46V,IGBT模式下的关断时间Tf为178ns。绘制了电流密度为100A/cm2的1700V RC-CSTBT的版图,其中有源区的面积为45mm2,整体的器件面积为54.76mm2。