整合FRD的IGBT器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种整合FRD的IGBT器件的制造方法，其包括在衬底的正面形成保护环；在衬底的正面设置氧化层；在部分的衬底的正面设置多个栅极；在栅极之间设置P型阱层；在部分的P型阱层的正面设置N型发射层；在N型发射层、栅极和氧化层的正面设置介质层；注入N导电类型的离子和P导电类型的离子；进行重金属掺杂工艺；在介质层的正面设置金属发射极，和在第一N型层的正面设置FRD阴极。借此，IGBT器件无需外加FRD器件，在封装时能减少寄生参数，提高芯片可靠性，并能节省封装面积使得封装更加灵活。并且，通过引入重金属掺杂，可以降低载流子寿命，提高载流子的复合速度，从而提高开关速度。从而提高开关速度。从而提高开关速度。

【技术实现步骤摘要】
整合FRD的IGBT器件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，特别涉及一种整合FRD的IGBT器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极晶体管(Insulate
‑
Gate Bipolar Transistor，IGBT)综合了电力晶体管和电力场效应晶体管的优点，具有通态压降低、电流容量大、输入阻抗高、响应速度快和控制简单的特点，被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。
[0003]但由于IGBT没有反向导通的能力，目前市面上的IGBT都是通过与FRD(Fast Recovery Diode，快速恢复二极管)反并联封装在一起使用，以实现续流的能力。由此从结构上看还是属于两块芯片并联，封装时寄生参数较高，芯片可靠性较低，封装面积较大。
[0004]因此，本专利技术的主要目的在于提供一种整合FRD的IGBT器件及其制造方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种整合FRD的IGBT器件的制造方法，其包括下列步骤：提供一衬底，所述衬底具有相对的正面和背面；在所述衬底的正面形成保护环；在所述衬底的正面设置氧化层；在部分的衬底的正面设置多个栅极；在所述多个栅极之间设置P型阱层；在部分的所述P型阱层的正面设置N型发射层；在所述N型发射层、所述栅极和所述氧化层的正面设置介质层；注入N导电类型的离子和P导电类型的离子，形成第一N型层和第一P型层；进行重金属掺杂工艺；在所述介质层的正面设置金属发射极，和在所述第一N型层的正面设置FRD阴极。
[0006]在一实施例中，所述重金属掺杂工艺包括下列步骤：在所述衬底的正面沉积重金属膜层；在惰性气体保护中进行合金化处理，使重金属膜层和衬底的接触界面形成合金层；接着，对合金层进行重金属吸取退火处理。
[0007]在一实施例中，所述重金属为铂金属。
[0008]在一实施例中，在完成设置所述金属发射极和所述FRD阴极的步骤之后还包括下列步骤：在所述金属发射极和所述FRD阴极的正面设置钝化层。
[0009]在一实施例中，在完成设置所述金属发射极和所述FRD阴极的步骤之后还包括下列步骤：在所述衬底的背面设置截止层；在所述截止层的背面设置第二P型层；在所述第二P型层的背面设置集电极。
[0010]在一实施例中，在封装IGBT器件的过程中，将所述FRD阴极与所述集电极短接。
[0011]在一实施例中，在设置多个栅极的步骤中包括下列步骤：首先生长硬掩膜，接着光刻蚀刻形成栅极沟道，蚀刻完后去除硬掩膜，接着生长栅极氧化层，并淀积多晶硅，后续光刻蚀刻多晶硅到衬底的正面位置，形成栅极。
[0012]在一实施例中，在所述注入N导电类型的离子和P导电类型的离子的步骤中，注入
的N导电类型的离子的浓度高于P导电类型的离子的浓度。
[0013]在一实施例中，所述N导电类型的离子的浓度大于等于所述P导电类型的离子的浓度的20倍。
[0014]本专利技术还提供一种整合FRD的IGBT器件，该整合FRD的IGBT器件采用上述任意实施例提供的整合FRD的IGBT器件的制造方法制造而成。
[0015]本专利技术的一个优势在于提供一种整合FRD的IGBT器件及其制造方法，其可以将FRD整合于IGBT器件内，无需额外增设FRD器件，在封装时能减少寄生参数，提高芯片可靠性，并能节省封装面积使得封装更加灵活。并且，通过引入重金属掺杂的工艺，可以降低漂移区的载流子寿命，使得FRD从正偏改为反偏时，IGBT从开通到关断时，载流子的复合速度变快，从而提高开关速度。此外，FRD的电流规格可以依据需求进行调整，无需受制于市面上的规格。
[0016]本专利技术的另一个优势在于提供一种整合FRD的IGBT器件，在封装时，通过FRD阴极与集电极短接的封装方式，可以极大的节省封装所需的面积，使得封装更加灵活。
[0017]本专利技术的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书等内容中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。
[0019]图1是本专利技术一实施例提供的整合FRD的IGBT器件的制造方法的流程示意图；
[0020]图2至图4是本专利技术一实施例提供的整合FRD的IGBT器件在制造过程中各阶段的结构示意图。
[0021]附图标记：
[0022]10
‑
IGBT器件；12
‑
衬底；122
‑
衬底的正面；124
‑
衬底的背面；14
‑
保护环；16
‑
氧化层；20
‑
栅极；202
‑
栅极氧化层；22
‑
P型阱层；24
‑
N型发射层；26
‑
介质层；28
‑
第一N型层；30
‑
第一P型层；32
‑
金属发射极；34
‑
FRD阴极；36
‑
钝化层；38
‑
截止层；40
‑
第二P型层；42
‑
集电极；46
‑
元胞区；48
‑
终端区；50
‑
FRD区。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本专利技术不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、
“
垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整合FRD的IGBT器件的制造方法，其特征在于：所述制造方法包括下列步骤：提供一衬底，所述衬底具有相对的正面和背面；在所述衬底的正面形成保护环；在所述衬底的正面设置氧化层；在部分的衬底的正面设置多个栅极；在所述多个栅极之间设置P型阱层；在部分的所述P型阱层的正面设置N型发射层；在所述N型发射层、所述栅极和所述氧化层的正面设置介质层；注入N导电类型的离子和P导电类型的离子，形成第一N型层和第一P型层；进行重金属掺杂工艺；以及在所述介质层的正面设置金属发射极，和在所述第一N型层的正面设置FRD阴极。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述重金属掺杂工艺包括下列步骤：在所述衬底的正面沉积重金属膜层；在惰性气体保护中进行合金化处理，使重金属膜层和衬底的接触界面形成合金层；接着，对合金层进行重金属吸取退火处理。3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：所述重金属为铂金属。4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：在完成设置所述金属发射极和所述FRD阴极的步骤之后还包括下列步骤：在所述金属发射极和所述FRD阴极的正面设置钝化层。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐守一，陈广乐，蔡铭进，
申请(专利权)人：厦门芯达茂微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：