一種功率器件—ti-igbt的結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種功率器件—TI-IGBT，此器件是將傳統(tǒng)的VDMOS、IGBT及FRD三種器件結(jié)構(gòu)及功能集成為一體，器件的正面結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的VDMOS、IGBT的正面結(jié)構(gòu)相似，背面結(jié)構(gòu)為集電區(qū)和短路區(qū)相間分布。本發(fā)明提供的一種功率器件—TI-IGBT綜合了VDMOS和IGBT各自的優(yōu)點，既有較快的關(guān)斷速度，又有較低的導(dǎo)通壓降。
【專利說明】—種功率器件一T1-1GBT的結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及一種功率器件一T1-1GBT的結(jié)構(gòu)及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]VDMOS器件的背面是N型半導(dǎo)體，屬于單極器件，開關(guān)速度快，但是隨著耐壓的增力口，器件的導(dǎo)通壓降迅速增大。IGBT器件的背面是P型半導(dǎo)體，在導(dǎo)通時P型集電極會注入大量的空穴，從而發(fā)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，降低了導(dǎo)通壓降，另一方面由于注入了大量少子，器件關(guān)斷時需要將過剩的少子復(fù)合掉，這導(dǎo)致器件關(guān)斷較慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有較快關(guān)斷速度和較低導(dǎo)通壓降的功率器件一T1-1GBT的結(jié)構(gòu)及其制備方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種功率器件一T1-1GBT的結(jié)構(gòu)，是將VDMOS, IGBT及FRD三種器件結(jié)構(gòu)集成為一體，其正面結(jié)構(gòu)漂移區(qū)、柵氧、發(fā)射區(qū)、將發(fā)射區(qū)和漂移區(qū)隔開的基區(qū)、重?fù)诫s區(qū)、微穿通區(qū)、及三個引出端；所述三個引出端為集電極、發(fā)射極和柵極；所述柵極連接發(fā)射區(qū)和漂移區(qū)，柵極通過柵氧與半導(dǎo)體區(qū)域絕緣；所述發(fā)射區(qū)的下面被基區(qū)包圍，所述重?fù)诫s區(qū)設(shè)置在發(fā)射區(qū)的中央?yún)^(qū)域，所述發(fā)射極連接發(fā)射區(qū)和重?fù)诫s區(qū)；背面結(jié)構(gòu)包括集電區(qū)和短路區(qū)，所述集電區(qū)和短路區(qū)之間引出集電極；
[0005]進(jìn)一步地，所述集電區(qū)和短路區(qū)相間分布、或集電區(qū)中鑲嵌短路區(qū)、或短路區(qū)中鑲嵌集電區(qū)。
[0006]進(jìn)一步地，所述集電區(qū)和短路區(qū)形狀為圓形、橢圓形或矩形。
[0007]進(jìn)一步地，所述集電區(qū)和短路區(qū)的面積比在10%_50%的范圍內(nèi)。
[0008]本發(fā)明還提供了功率器件一T1-1GBT的制備方法:完成器件的正面結(jié)構(gòu)后，先通過兩次光刻，分別刻出集電區(qū)窗口或短路區(qū)窗口，然后分別注入N型摻雜或P型摻雜后退火形成短路區(qū)或集電區(qū)，最后背面金屬化。
[0009]制備功率器件一T1-1GBT的另一種方法:完成器件的正面結(jié)構(gòu)后，先整體注入P型摻雜或N型摻雜，然后掩膜，光刻掉部分區(qū)域的Si至雜質(zhì)射程外的深度后，再注入N型摻雜或P型摻雜后退火形成短路區(qū)或集電區(qū)，最后背面金屬化。
[0010]本發(fā)明提供的一種功率器件一T1-1GBT的結(jié)構(gòu)及其制備方法，綜合了 VDMOS器件和IGBT器件各自的優(yōu)點，既有較快的關(guān)斷速度，又有較低的導(dǎo)通壓降，另外器件在承受反壓時有良好的逆導(dǎo)功能，可以使器件在很多的應(yīng)用場合不必反并聯(lián)FRD。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實施例提供的功率器件一T1-1GBT的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實施例提供的功率器件一T1-1GBT的背面結(jié)構(gòu)的集電區(qū)和短路區(qū)的布局不意圖。[0013]圖3為本發(fā)明實施例一提供的制備功率器件一T1-1GBT步驟中用掩膜定義光刻膠形狀后注入N型摻雜(或P型摻雜)的示意圖。
[0014]圖4為本發(fā)明實施例一提供的制備功率器件一T1-1GBT步驟中去膠退火后形成第一(或第二)導(dǎo)電類型的短路區(qū)(或集電區(qū))的示意圖。
[0015]圖5為本發(fā)明實施例一提供的制備功率器件一T1-1GBT步驟中用掩膜定義光刻膠形狀后注入P型摻雜(或N型摻雜)的示意圖。
[0016]圖6為本發(fā)明實施例一提供的制備功率器件一T1-1GBT步驟中去膠退火后形成第二 (或第一)導(dǎo)電類型的集電區(qū)(或短路區(qū))的示意圖。
[0017]圖7為本發(fā)明實施例一提供的制備功率器件一T1-1GBT步驟中背面金屬化示意圖。
[0018]圖8為本發(fā)明實施例二提供的制備功率器件一T1-1GBT步驟中整個硅片背面注入N型摻雜(或P型摻雜)的示意圖。
[0019]圖9為本發(fā)明實施例二提供的制備功率器件一T1-1GBT步驟中退火后在整個硅片上形成第一(或第二)導(dǎo)電類型的短路區(qū)(或集電區(qū))的示意圖。
[0020]圖10為本發(fā)明實施例二提供的制備功率器件一T1-1GBT步驟中用掩膜定義光刻膠并在硅片部分區(qū)域保留短路區(qū)(或集電區(qū))的示意圖。
[0021]圖11為本發(fā)明實施例二提供的制備功率器件一T1-1GBT步驟中N型摻雜(或P型摻雜)后去膠退火形成第二 (或第一)導(dǎo)電類型的集電區(qū)(或短路區(qū))的示意圖。
[0022]圖12為本發(fā)明實施例二提供的制備功率器件一T1-1GBT步驟中背面金屬化的示意圖。
【具體實施方式】
[0023]參見圖1，本發(fā)明實施例提供的一種功率器件一T1-1GBT的結(jié)構(gòu)，是將線框201所圈的IGBT，線框202所圈的VDMOS以及線框203所圈的FRD三種器件結(jié)構(gòu)集成為一體。
[0024]功率器件一T1-1GBT的正面結(jié)構(gòu)包括為低摻雜濃度的第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)
106、柵氧102、低摻雜濃度的第二導(dǎo)電類型的基區(qū)103、高摻雜濃度的第一導(dǎo)電類型的發(fā)射區(qū)104、第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)105、微穿通區(qū)107、高摻雜濃度的第一導(dǎo)電類型的集電區(qū)109、高摻雜濃度的第二導(dǎo)電類型的短路區(qū)108、及三個引出端；三個引出端分別為集電極301、發(fā)射極302和柵極303 ;柵極303連接發(fā)射區(qū)104和漂移區(qū)106，柵極303通過柵氧102與半導(dǎo)體區(qū)域絕緣；基區(qū)103將發(fā)射區(qū)104和漂移區(qū)106隔開，發(fā)射區(qū)104的下面被基區(qū)103包圍、上面連接發(fā)射極302，重?fù)诫s區(qū)105設(shè)置在發(fā)射區(qū)104的中央?yún)^(qū)域，發(fā)射極302連接發(fā)射區(qū)104和重?fù)诫s區(qū)105。
[0025]參見圖2，功率器件一T1-1GBT的背面結(jié)構(gòu)包括集電區(qū)109和短路區(qū)108，集電區(qū)109和短路區(qū)108在背面版圖中的布局為條形區(qū)域相間分布、或集電區(qū)109中鑲嵌短路區(qū)108、或短路區(qū)108中鑲嵌集電區(qū)109 ;集電區(qū)109和短路區(qū)108的形狀為圓形、橢圓形或矩形；兩個區(qū)域的面積比在10%-50%的范圍內(nèi)。
[0026]由于本發(fā)明實施例提供的一種功率器件一T1-1GBT的結(jié)構(gòu)，是將VDMOS、IGBT及FRD三種器件結(jié)構(gòu)集成為一體，因此，功率器件T1-1GBT的工作特性也是這三種器件的組合:當(dāng)正面導(dǎo)通且電流密度較小時，集電區(qū)109與漂移區(qū)106 (或微穿通區(qū)107)組成的集電極301被短路區(qū)108短路而不能導(dǎo)通，此時器件特性如同一個VDMOS是單極導(dǎo)電；當(dāng)電流密度增加到一定程度時，集電極301被集電區(qū)109上方的橫向電流所產(chǎn)生的壓降正偏導(dǎo)通，注入了大量的空穴，此時器件特性如同一個IGBT是雙極導(dǎo)電；當(dāng)器件關(guān)斷時，短路區(qū)108提供了一條高效的過剩載流子泄放通道，載流子可以通過短路區(qū)108直接流到集電極301，從而器件具有與VDMOS相近的關(guān)斷特性；當(dāng)器件承受反向壓降時，電流可以從203所示的二極管通道流入，此時器件的工作特性更像是一個PIN 二極管，即FRD。
[0027]本發(fā)明還提供了一種功率器件一T1-1GBT的制備方法:通過制備IGBT器件的工藝完成器件的正面結(jié)構(gòu)后，先通過兩次光刻，分別刻出集電區(qū)109窗口或短路區(qū)108窗口，然后分別注入N型摻雜(或P型摻雜)后退火形成短路區(qū)108或集電區(qū)109，最后背面金屬化；也可以先整體注入P型摻雜(或N型摻雜)，然后掩膜，光刻掉部分區(qū)域的Si至雜質(zhì)射程外的深度后，再注入N型摻雜(或P型摻雜)后退火形成短路區(qū)108或集電區(qū)109，最后背面金屬化。
[0028]實施例一:
[0029]正面工藝完成后將硅片從背面減薄到特定厚度，如果有微穿通層的話可以通過注入退火形成微穿通層107 ；
[0030]參見圖3，用掩膜定義光刻膠402形狀后注入N型摻雜(或P型摻雜)401 ；
[0031]參見圖4，去膠退火后形成第一(或第二)導(dǎo)電類型的短路區(qū)108 (或集電區(qū)109)；
[0032]參見圖5，用掩膜定義光刻膠404形狀后注入P型摻雜(或N型摻雜)403 ；
[0033]參見圖6，去膠退火后形成第二 (或第一)導(dǎo)電類型的集電區(qū)109 (或短路區(qū)108)；
[0034]參見圖7，最后背面金屬化，形成集電極金屬301。
[0035]實施例二:
[0036]正面工藝完成后將硅片從背面減薄到特定厚度，如果有微穿通層的話可以通過注入退火形成微穿通層107 ；
[0037]參見圖8，整個硅片背面注入N型摻雜(或P型摻雜)401 ；
[0038]參見圖9，退火后在整個硅片上形成第一(或第二)導(dǎo)電類型的短路區(qū)108 (或集電區(qū) 109)；
[0039]參見圖10，用掩膜定義光刻膠并刻蝕掉部分注入雜質(zhì)404的第一(或第二)導(dǎo)電類型的短路區(qū)108 (或集電區(qū)109)，只在硅片部分區(qū)域保留第一(或第二)導(dǎo)電類型的短路區(qū)108 (或集電區(qū)109)；
[0040]參見圖11，注入P型摻雜(或N型摻雜)403后去膠退火形成第二 (或第一)導(dǎo)電類型的集電區(qū)109 (或短路區(qū)108)，注入雜質(zhì)后退火形成短路區(qū)108 (或集電區(qū)109)；
[0041]參見圖12，最后背面金屬化，形成集電極金屬301。
[0042]本發(fā)明實施例提供的一種功率器件一T1-1GBT具有以下優(yōu)點:
[0043]1.N+短路區(qū)在器件的背面，過剩載流子距短路區(qū)的距離較短，這樣器件關(guān)斷時可以將過剩載流子及時抽出。
[0044]2.T1-1GBT結(jié)構(gòu)在承受反壓時，相當(dāng)于一個FRD，其有源區(qū)都可承載電流，具有很大的電流承載能力和抗浪涌電流的能力，這樣在T1-1GBT驅(qū)動感性負(fù)載時不用反并聯(lián)FRD，節(jié)省了器件及系統(tǒng)的成本。
[0045]3.T1-1GBT導(dǎo)通時發(fā)生了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，具有較小的通過損耗，另一方面關(guān)斷時間比傳統(tǒng)IGBT要短，開關(guān)損耗較小，工作頻率上限較高。
[0046]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種功率器件一T1-1GBT，其特征在于:是將VDMOS、IGBT及FRD三種器件結(jié)構(gòu)集成為一體，正面結(jié)構(gòu)包括漂移區(qū)、柵氧、發(fā)射區(qū)、將發(fā)射區(qū)和漂移區(qū)隔開的基區(qū)、重?fù)诫s區(qū)、微穿通區(qū)、及三個引出端；所述三個引出端為集電極、發(fā)射極和柵極；所述柵極連接發(fā)射區(qū)和漂移區(qū)，柵極通過柵氧與半導(dǎo)體區(qū)域絕緣；所述發(fā)射區(qū)的下面被基區(qū)包圍，所述重?fù)诫s區(qū)設(shè)置在發(fā)射區(qū)的中央?yún)^(qū)域，所述發(fā)射極連接發(fā)射區(qū)和重?fù)诫s區(qū)；背面結(jié)構(gòu)包括集電區(qū)和短路區(qū)，所述集電區(qū)和短路區(qū)之間引出集電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件一T1-1GBT，其特征在于:所述集電區(qū)和短路區(qū)相間分布、或集電區(qū)中鑲嵌短路區(qū)、或短路區(qū)中鑲嵌集電區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件一T1-1GBT，其特征在于:所述集電區(qū)和短路區(qū)形狀為圓形、橢圓形或矩形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件一T1-1GBT，其特征在于:所述集電區(qū)和短路區(qū)的面積比在10%-50%的范圍內(nèi)。
5.權(quán)利要求1所述的功率器件一T1-1GBT的制備方法，其特征在于:完成器件的正面結(jié)構(gòu)后，先通過兩次光刻，分別刻出集電區(qū)窗口或短路區(qū)窗口，然后分別注入N型摻雜或P型摻雜后退火形成短路區(qū)或集電區(qū)，最后背面金屬化。
6.權(quán)利要求1所述的功率器件一T1-1GBT的制備方法，其特征在于:完成器件的正面結(jié)構(gòu)后，先整體注入P型摻雜或N型摻雜，然后掩膜，光刻掉部分區(qū)域的Si至雜質(zhì)射程外的深度后，再注入N型摻雜或P型摻雜后退火形成短路區(qū)或集電區(qū)，最后背面金屬化。
【文檔編號】H01L21/331GK103839992SQ201310086221
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】朱陽軍, 田曉麗, 張文亮, 盧爍今, 張 杰 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所, 上海聯(lián)星電子有限公司, 江蘇中科君芯科技有限公司