一種逆導絕緣柵雙極型晶體管結構及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種逆導絕緣柵雙極型晶體管結構及其制備方法，涉及功率器件技術領域，其包括絕緣柵雙極型晶體管區域和二極管區域；二極管區域包括快恢復二極管陰極結構、第二漂移區結構和快恢復二極管陽極結構；快恢復二極管陰極結構包括二極管區域的下表面N+區和P+區組成的場電荷抽取二極管結構和位于場電荷抽取二極管結構上表面的第三金屬結構；第二漂移區結構包括第二N

【技術實現步驟摘要】
一種逆導絕緣柵雙極型晶體管結構及其制備方法


[0001]本專利技術涉及功率器件
，尤其涉及的是一種逆導絕緣柵雙極型晶體管結構及其制備方法。

技術介紹

[0002]IGBT（IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）是由BJT（BJT：Bipolar Junction Transistor，雙極型三極管）和MOSFET（MOSFET：Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
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Effect Transistor，絕緣柵極場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼具有MOS管的高輸入阻抗和BJT的低導通壓降兩方面的優點。IGBT自發展以來，應用范圍不斷擴大，功率更是從幾百W至幾十MW不斷發展，但是，它對器件的軟度、穩定、可控性以及損耗都有著更嚴格的要求。目前在IGBT高功率領域，應用最先進的技術是RC_IGBT。
[0003]RC_IGBT（RC_IGBT：Reverse Conducting IGBT，逆導IGBT）是由IGBT與FWD（FWD：Falling Weight Deflectometer，續流二極管）集成的半導體產品，包括IGBT以及內部集成的反并聯續流二極管，能夠進一步降低功率器件成本并大幅提高功率密度,一般，續流二極管采用FRD（FRD：Fast Recovery Diode，快恢復二極管）。RC_IGBT同時擁有正向導通和反向導通的能力，正向導通時，IGBT處于工作狀態；反向導通時，續流二極管處于工作狀態。但是，目前在高壓等極端的工作條件下，RC_IGBT的關斷及續流二極管的反向恢復過程會產生過高的di/dt（電流對時間的變化率）和大電流下的雜散電感等不利因素，這些問題都會導致過大的電流和電壓震蕩，給器件帶來較大的電磁干擾甚至是器件的損壞。
[0004]因此，現有技術還有待改進和發展。

技術實現思路

[0005]本申請要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種逆導絕緣柵雙極型晶體管結構及其制備方法，旨在解決現有技術中RC_IGBT反向恢復過程產生的電路震蕩會對器件造成電磁干擾或者損壞的問題。
[0006]第一方面，本申請提供一種逆導絕緣柵雙極型晶體管結構，所采用的技術方案如下：一種新型逆導絕緣柵雙極型晶體管結構，包括絕緣柵雙極型晶體管區域和二極管區域；所述絕緣柵雙極型晶體管區域包括絕緣柵雙極型晶體管集電極結構、第一漂移區結構、絕緣柵雙極型晶體管柵極結構和絕緣柵雙極型晶體管發射極結構；所述絕緣柵雙極型晶體管集電極結構包括所述絕緣柵雙極型晶體管區域的P+集電極位于所述P+集電極下表面的第一金屬結構；所述第一漂移區結構包括所述絕緣柵雙極型晶體管區域的第一N
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基區和與所述絕緣柵雙極型晶體管區域的第一N
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基區相接的第一N型緩沖區；
所述絕緣柵雙極型晶體管柵極結構包括所述絕緣柵雙極型晶體管區域內嵌入設置在所述絕緣柵雙極型晶體管發射極結構和所述第一漂移區結構上表面的溝槽；所述絕緣柵雙極型晶體管發射極結構包括與溝槽柵相接的N+發射區、P型基區和與所述溝槽相接的第二金屬結構；所述二極管區域包括快恢復二極管陰極結構、第二漂移區結構和快恢復二極管陽極結構；所述快恢復二極管陰極結構包括所述二極管區域下表面N+區和P+區組成的場電荷抽取二極管結構和位于所述場電荷抽取二極管結構上表面的第三金屬結構；所述第二漂移區結構包括所述二極管區域的第二N
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基區和與所述二極管區域的第二N
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基區相接的第二N型緩沖區；所述快恢復二極管陽極結構包括所述二極管區域的P區和與所述P區相接的第四金屬結構。
[0007]進一步地，所述二極管區域上表面的P區采用氦離子注入工藝形成。
[0008]進一步地，所述場電荷抽取二極管結構為N+區和P+區交替組成的島狀N+和P+區域。
[0009]進一步地，所述第一漂移區結構和所述第二漂移區結構為相同結構。
[0010]第二方面，本申請提供一種逆導絕緣柵雙極型晶體管結構的制備方法，采用如下的技術方案：一種逆導絕緣柵雙極型晶體管結構的制備方法，包括以下步驟：使用晶圓作為制備基底；在所述晶圓上制備形成終端保護環；在所述晶圓上制備形成P型基區；對所述晶圓上的絕緣柵雙極型晶體管區域和二極管區域分別進行不同的工藝以用于得到絕緣柵雙極型晶體管區域的N+發射極以及進行區域壽命控制；在所述晶圓上制備形成金屬電極；在所述晶圓上制備形成N型緩沖區和N
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基區、絕緣柵雙極型晶體管區域的P+集電極以及二極管區域的N+區。
[0011]進一步地，所述在所述晶圓上制備得到終端保護環的步驟包括：采用熱生長場氧化層作為終端離子注入的掩膜；利用光刻工藝在所述晶圓上刻出形狀并進行終端硼離子的注入以及退火處理操作，形成終端保護環。
[0012]進一步地，所述在所述晶圓上制備形成P型基區的步驟包括：在所述晶圓上的有源區刻出溝槽結構；進行生長柵氧化層以及沉積多晶硅操作；利用所述掩膜在所述晶圓上的有源區進行P型基區注入和退火處理操作以形成P型基區。
[0013]進一步地，所述對所述晶圓上的絕緣柵雙極型晶體管區域和二極管區域分別進行不同的工藝，以用于得到絕緣柵雙極型晶體管區域的N+發射極以及進行區域壽命控制的步驟包括：
利用掩膜對所述晶圓上的絕緣柵雙極型晶體管區域進行N+發射極注入以得到絕緣柵雙極型晶體管區域的N+發射極；利用掩膜對所述晶圓上的二極管區域進行氦離子注入以進行區域壽命控制。
[0014]進一步地，所述在所述晶圓上制備形成金屬電極的步驟包括：在所述晶圓上沉積層間電解質氧化層；刻蝕接觸孔；沉積并填充形成金屬電極。
[0015]進一步地，所述制備形成N型緩沖區和N
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基區、絕緣柵雙極型晶體管區域的P+集電極以及二極管區域的N+區的步驟，包括：在所述晶圓的背面高能量注入磷離子，并進行離子激活以形成N型緩沖區和N
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基區；在所述晶圓的背面注入硼離子，并進行離子激活以形成絕緣柵雙極型晶體管區域的P+集電極；利用正背面對準工藝對所述二極管區域進行光刻，并進行激活以形成N+區。
[0016]本專利技術具有以下的有益效果：通過在逆導IGBT的下表面形成由島狀N+和P+區域組成的FCE（Filed Charge Extraction，場電荷抽取）二極管結構，正向導通時，開關二極管的導通和關斷關損耗的折中關系得到改善；反向恢復時，隨著電場的不斷耗盡，其內部晶體管的PNP增益會觸發P+區域的空穴注入，而這種提高的FCE效應的二極管在反向恢復后期能夠得到注入空穴的支持，從而可以持續輸出穩定下降的電流，使得電流和電壓的震蕩減弱，實現了開關二極管的軟恢復過程。
附圖說明
[0017]圖1是本專利技術實施例提供的一種逆導絕緣柵雙極型晶體管結構的整體結構示意圖。
[0018本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種逆導絕緣柵雙極型晶體管結構，其特征在于，包括絕緣柵雙極型晶體管區域和二極管區域；所述絕緣柵雙極型晶體管區域包括絕緣柵雙極型晶體管集電極結構、第一漂移區結構、絕緣柵雙極型晶體管柵極結構和絕緣柵雙極型晶體管發射極結構；所述絕緣柵雙極型晶體管集電極結構包括所述絕緣柵雙極型晶體管區域的P+集電極位于所述P+集電極下表面的第一金屬結構；所述第一漂移區結構包括所述絕緣柵雙極型晶體管區域的第一N
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基區和與所述絕緣柵雙極型晶體管區域的第一N
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基區相接的第一N型緩沖區；所述絕緣柵雙極型晶體管柵極結構包括所述絕緣柵雙極型晶體管區域內嵌入設置在所述絕緣柵雙極型晶體管發射極結構和所述第一漂移區結構上表面的溝槽；所述絕緣柵雙極型晶體管發射極結構包括與溝槽柵相接的N+發射區、P型基區和與所述溝槽相接的第二金屬結構；所述二極管區域包括快恢復二極管陰極結構、第二漂移區結構和快恢復二極管陽極結構；所述快恢復二極管陰極結構包括所述二極管區域的下表面N+區和P+區組成的場電荷抽取二極管結構和位于所述場電荷抽取二極管結構上表面的第三金屬結構；所述第二漂移區結構包括所述二極管區域的第二N
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基區和與所述二極管區域的第二N
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基區相接的第二N型緩沖區；所述快恢復二極管陽極結構包括所述二極管區域上表面的P區和與所述P區相接的第四金屬結構。2.根據權利要求1所述的逆導絕緣柵雙極型晶體管結構，其特征在于，所述二極管區域上表面的P區采用氦離子注入工藝形成。3.根據權利要求1所述的逆導絕緣柵雙極型晶體管結構，其特征在于，所述場電荷抽取二極管結構為N+區和P+區交替組成的島狀N+和P+區域。4.根據權利要求1所述的逆導絕緣柵雙極型晶體管結構，其特征在于，所述第一漂移區結構和所述第二漂移區結構為相同結構。5.一種如權利要求1
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4任一項所述的逆導絕緣柵雙極型晶體管結構的制備方法，其特征在于，包括：使用晶圓作為制備基底；在所述晶圓上制備形成終端保護環；在所述晶圓上制備形成P型基區；對所述晶圓上的絕緣柵雙極型晶體管區域和二...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡洪興，方敏，
申請(專利權)人：廣東巨風半導體有限公司，
類型：發明
國別省市：