集成超勢(shì)壘整流器的igbt器件及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是指一種集成超勢(shì)魚整流器(SBR:SuperBarrier Rectifier)的IGBT器件,本發(fā)明還涉及所述IGBT的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Translator 絕緣柵雙極型晶體管)是一種新型的電力半導(dǎo)體器件?，F(xiàn)已成為電力電子領(lǐng)域的新一代主流產(chǎn)品。它是一種具有MOS輸入、雙極輸出功能的MOS、雙極相結(jié)合的器件。
[0003]結(jié)構(gòu)上，它是由成千上萬個(gè)重復(fù)單元(即圖1所示元胞)組成，采用大規(guī)模集成電術(shù)和功率器件技術(shù)制造的一種大功率集成器件。10是其溝槽型柵極，12是IGBT的集電區(qū)，9是其源區(qū)(發(fā)射區(qū))，接觸孔2將P型體區(qū)4與表層金屬I相連。IGBT具有其它功率器件不全具備的高壓、大電流、高速三大特點(diǎn)。它既具有MOSFET的輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開關(guān)速度高的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極功率晶體管的電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。它是電力電子領(lǐng)域非常理想的開關(guān)器件。
[0004]現(xiàn)有的IGBT技術(shù)無反向續(xù)流能力，實(shí)際應(yīng)用中需而外并聯(lián)續(xù)流二極管共同封裝，成本較高。傳統(tǒng)IGBT重?fù)诫sP型集電極空穴注入能力強(qiáng)，關(guān)斷后N型漂移區(qū)殘留大量的空穴，拖尾電流大，關(guān)斷損耗大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件，本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提高所述集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件的制造方法。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件，其溝槽型柵極是穿通源區(qū)、體區(qū)，底部位于輕摻雜N型漂移區(qū)；源區(qū)上方覆蓋硼磷硅玻璃介質(zhì)層，硼磷硅玻璃介質(zhì)層上方覆蓋表面金屬；接觸孔穿通硼磷硅玻璃及源區(qū)，將體區(qū)中的接觸注入引出與表面金屬相連；
[0007]所述IGBT背面的集電區(qū)中具有V型槽，V型槽穿通集電區(qū)層底部位于重?fù)诫sN型緩沖層中；￥型槽內(nèi)壁具有氧化硅層，再填充金屬層并覆蓋整個(gè)IGBT的背面形成IGBT的集電極金屬。
[0008]進(jìn)一步地，所述V型槽內(nèi)側(cè)壁的氧化硅層和槽內(nèi)填充的金屬構(gòu)成超勢(shì)壘整流器的柵極，IGBT的集電區(qū)作為體區(qū)，V型槽間的P型區(qū)與背面金屬結(jié)合形成超勢(shì)壘整流器的漏極，IGBT的重?fù)诫sN型緩沖層作為超勢(shì)壘整流器的源區(qū)。
[0009]進(jìn)一步地，當(dāng)IGBT器件正向?qū)〞r(shí)，電子從V型槽表面溝道流出形成電子電流，從而抑制集電區(qū)空穴發(fā)射，實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷；當(dāng)IGBT反向時(shí)，V型槽擊穿，IGBT靠自身實(shí)現(xiàn)反向續(xù)流，不需外接續(xù)流二極管。
[0010]本發(fā)明所述的集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件的制造方法，包含如下步驟:
[0011]第I步，在IGBT的背面進(jìn)行重?fù)诫sP型注入并激活形成集電極并之后，背面再淀積一層氮化娃;
[0012]第2步，光刻定義出V型槽區(qū)，濕法刻蝕氮化硅及硅層，形成V型槽；
[0013]第3步，進(jìn)行V型槽低溫氧化，在V型槽側(cè)壁形成氧化硅層；
[0014]第4步，濕法去除氮化硅層；
[0015]第5步，淀積背面金屬，填充溝槽。
[0016]進(jìn)一步地，所述第5步，背面金屬完全填充滿V型溝槽。
[0017]本發(fā)明所述的集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件及制造方法，IGBT實(shí)現(xiàn)續(xù)流二極管自身集成，降低了成本，同時(shí)提高了關(guān)斷速度及關(guān)斷損耗。
【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有的IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2?6是本發(fā)明IGBT的制造工藝步驟圖；
[0020]圖7是本發(fā)明IGBT的制造工藝流程圖。
[0021]附圖標(biāo)記說明
[0022]I是表層金屬，2是接觸孔，3是硼磷硅玻璃，4是體區(qū)，5是接觸注入?yún)^(qū)，6是輕摻雜N型漂移區(qū)，7是重?fù)诫sN型緩沖層，8是V型溝槽SBR，9是重?fù)诫sN型源區(qū)(發(fā)射區(qū))，10是溝槽柵極，11是PN結(jié)，12是P型集電區(qū)，13是PN結(jié)J1，14是背面金屬，15是氮化硅。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明所述的一種集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件，如圖6所示，其溝槽型柵極10是穿通源區(qū)9、體區(qū)4，底部位于輕摻雜N型漂移區(qū)6 ;源區(qū)9上方覆蓋硼磷硅玻璃介質(zhì)層3，硼磷硅玻璃介質(zhì)層3上方覆蓋表面金屬I ;接觸孔2穿通硼磷硅玻璃3及源區(qū)9，將體區(qū)4中的接觸注入5引出與表面金屬I相連；所述IGBT背面的集電區(qū)12中具有V型槽8，V型槽8穿通集電區(qū)層12底部位于重?fù)诫sN型緩沖層7中；V型槽8內(nèi)壁具有氧化硅層，再填充金屬層14并覆蓋整個(gè)IGBT的背面形成IGBT的集電極金屬。
[0024]所述V型槽8內(nèi)側(cè)壁的氧化硅層和槽內(nèi)填充的金屬15構(gòu)成超勢(shì)壘整流器的柵極，IGBT的集電區(qū)12作為體區(qū)，V型槽間的P型區(qū)(即集電區(qū)層12)與背面金屬14結(jié)合形成超勢(shì)壘整流器的漏極，IGBT的重?fù)诫sN型緩沖層7作為超勢(shì)壘整流器的源區(qū)。即超勢(shì)壘整流器SBR由V型槽、V槽內(nèi)側(cè)壁氧化層、背面金屬、PN Jl結(jié)13共同構(gòu)成。
[0025]IGBT正向?qū)〞r(shí)，IGBT溝槽柵極10打開，背面金屬14接高電平，表面金屬I接低電平。此時(shí)SBR則處于正向工作狀態(tài)，V型槽8側(cè)壁溝道打開從重?fù)诫sN型緩沖層7抽取電子經(jīng)過溝道流向背面金屬14形成電子電流。電子電流的產(chǎn)生可以降低PNJl結(jié)13上的電壓降，從而抑制部分空穴對(duì)漂移區(qū)6的注入，降低漂移區(qū)6少子存儲(chǔ)效應(yīng)抑制關(guān)斷拖尾電流。
[0026]IGBT處于反向續(xù)流時(shí)，表面金屬I處于高電平，背面金屬14處于低電平。此時(shí)SBR處于反向狀態(tài)，PN Jl結(jié)13反向。但由于V型槽底部曲率很大，極易擊穿。PN Jl結(jié)13幾乎不會(huì)阻礙反向電流流動(dòng)，從而使IGBT具有反向續(xù)流能力。
[0027]本發(fā)明所述的集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件的制造方法，包含如下步驟:
[0028]第I步，在IGBT的背面進(jìn)行重?fù)诫sP型注入并激活形成集電極并激活之后，背面再淀積一層氮化硅15，如圖2所示。
[0029]第2步，光刻定義出V型槽區(qū)，濕法刻蝕氮化硅及硅層，形成V型槽8，如圖3所示。
[0030]第3步，進(jìn)行V型槽低溫氧化，在V型槽側(cè)壁形成氧化硅層，如圖4所示。
[0031]第4步，濕法去除氮化硅層，如圖5所示。
[0032]第5步，淀積背面金屬，填充溝槽，背面金屬14完全填充滿V型溝槽，最終完成如圖6所示。
[0033]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件，其溝槽型柵極是穿通源區(qū)、體區(qū)，底部位于輕摻雜N型漂移區(qū)；源區(qū)上方覆蓋硼磷硅玻璃介質(zhì)層，硼磷硅玻璃介質(zhì)層上方覆蓋表面金屬；接觸孔穿通硼磷硅玻璃及源區(qū)，將體區(qū)中的接觸注入引出與表面金屬相連；其特征在于: 所述IGBT背面的集電區(qū)中具有V型槽，V型槽穿通集電區(qū)層底部位于重?fù)诫sN型緩沖層中；￥型槽內(nèi)壁具有氧化硅層，再填充金屬層并覆蓋整個(gè)IGBT的背面形成IGBT的集電極金屬。
2.如權(quán)利要求1所述的集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件，其特征在于:所述V型槽內(nèi)側(cè)壁的氧化硅層和槽內(nèi)填充的金屬構(gòu)成超勢(shì)壘整流器的柵極，IGBT的集電區(qū)作為體區(qū)，V型槽間的P型區(qū)與背面金屬結(jié)合形成超勢(shì)壘整流器的漏極，IGBT的重?fù)诫sN型緩沖層作為超勢(shì)壘整流器的源區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件，其特征在于:當(dāng)IGBT器件正向?qū)〞r(shí)，電子從V型槽表面溝道流出形成電子電流，從而抑制集電區(qū)空穴發(fā)射，實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷；當(dāng)IGBT反向時(shí)，V型槽擊穿，IGBT靠自身實(shí)現(xiàn)反向續(xù)流，不需外接續(xù)流二極管。
4.如權(quán)利要求1所述的集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件的制造方法，其特征在于:包含如下步驟: 第I步，在IGBT的背面進(jìn)行重?fù)诫sP型注入并激活形成集電極并之后，背面再淀積一層氮化娃； 第2步，光刻定義出V型槽區(qū)，濕法刻蝕氮化硅及硅層，形成V型槽； 第3步，進(jìn)行V型槽低溫氧化，在V型槽側(cè)壁形成氧化硅層； 第4步，濕法去除氮化硅層； 第5步，淀積背面金屬，填充溝槽。
5.如權(quán)利要求4所述的集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件的制造方法，其特征在于:所述第5步，背面金屬完全填充滿V型溝槽。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件，其背面具有V型槽，V型槽穿過所述IGBT的集電區(qū)，其底部位于重?fù)诫sN型緩沖層，其側(cè)壁具有氧化硅層，槽內(nèi)填充金屬，形成超勢(shì)壘整流器：所述V型槽內(nèi)側(cè)壁的氧化硅層和槽內(nèi)填充的金屬構(gòu)成超勢(shì)壘整流器的柵極，IGBT的集電區(qū)作為體區(qū)，V型槽間的P型區(qū)與背面金屬結(jié)合形成超勢(shì)壘整流器的漏極，IGBT的重?fù)诫sN型緩沖層作為超勢(shì)壘整流器的源區(qū)。IGBT自身集成續(xù)流二極管，節(jié)省芯片成本，在IGBT正向?qū)〞r(shí)，能抑制集電極空穴注入，提高IGBT關(guān)斷速度。本發(fā)明還公開了所述集成超勢(shì)壘整流器的IGBT器件的制造方法。
【IPC分類】H01L29-739, H01L21-331, H01L29-06
【公開號(hào)】CN104576716
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310509003
【發(fā)明人】柯行飛
【申請(qǐng)人】上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月24日