逆导型IGBT制造技术

本发明专利技术公开了一种逆导型IGBT，在横向上IGBT的形成区域和FRD的形成区域互相邻接且隔离。在IGBT和FRD的形成区域中形成有漂移区和场截止层；在IGBT的形成区域中，在场截止层的背面形成有集电区。在FRD的形成区域中，在场截止层的背面形成有第一电极区。FRD的形成区域中形成有穿过漂移区的深沟槽。在深沟槽及漂移区表面形成有掺杂类型相反的第一和第二外延层，深沟槽中还填充有第三绝缘介质层。在漂移区上的第一和第二外延层表面形成有第二导电类型掺杂的阱区。本发明专利技术能实现IGBT和FRD的很好隔离，能抑制IGBT回扫，能同时实现对FRD的性能进行局域地优化，能改善FRD的注入效率和能控制FRD的少子寿命，还能优化终端区结构以及节省面积。节省面积。节省面积。

【技术实现步骤摘要】
逆导型IGBT


[0001]本专利技术涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种逆导型(Reverse Conducting，RC)IGBT。

技术介绍

[0002]逆导型IGBT在拥有诸多优点的同时，也存在一些问题，其中最主要的是IGBT开通过程中的电压回扫现象(snapback)以及在优化快恢复二极管(FAST RECOVERED DIODE，FRD)的过程中引入的少子寿命控制会造成IGBT的集电极发射极间的饱和电压(Vcesat)的增大：在RC
‑
IGBT开启时，电子电流会从FRD所在的阴极流出，而IGBT收集结起初无法形成足够的偏压来打开，当电子电流足够大而能够开启IGBT收集结时，大量的空穴主要会使得漂移区电阻骤然降低，从而形成回扫现象。所以怎样阻止电子电流向FRD区域的流动是抑制回扫的关键和难点。同时，为了降低FRD反向恢复电荷而进行全局的寿命控制也不可避免的增加了IGBT的饱和电压。而且，FRD需要一定的面积来降低Vf，这也意味着IGBT需要损失这些面积。
[0003]总的来说，它的问题主要是IGBT和FRD的优化性能中各参数相互的抵触，兼顾平衡难度大。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种逆导型IGBT，能实现IGBT和FRD的很好隔离来阻止电子电流向FRD区的流动从而从根本上抑制回扫的出现，同时还能够实现对FRD的性能进行局域地优化，从而能改善FRD的注入效率和能对FRD的少子寿命很好控制，同时不会对IGBT的性能产生不利影响，还能节省面积。
[0005]本专利技术提供的逆导型IGBT包括反向并联的IGBT和FRD；
[0006]在横向上，所述IGBT的形成区域和所述FRD的形成区域互相邻接且隔离；
[0007]在所述IGBT的形成区域和所述FRD的形成区域中形成有第一导电类型掺杂的漂移区和场截止层；所述场截止层位于所述漂移区的底部且所述场截止层的掺杂浓度大于所述漂移区的掺杂浓度。
[0008]所述FRD的形成区域中形成有穿过所述漂移区并停在所述场截止层表面的深沟槽。
[0009]在所述IGBT的形成区域中，在所述场截止层的背面形成有第二导电类型重掺杂的集电区。
[0010]在所述FRD的形成区域中，在所述场截止层的背面形成有第一导电类型重掺杂的第一电极区。
[0011]在所述深沟槽中填充有第一导电类型掺杂的第一外延层、第二导电类型掺杂的第二外延层和第三绝缘介质层。
[0012]在所述深沟槽中，所述第一外延层形成在所述深沟槽的底部表面和侧面，所述第
二外延层形成在所述第一外延层的表面，所述第二外延层和所述第一外延层未将所述深沟槽完全填充且在所述深沟槽的中间留有间隙，所述第三绝缘介质层将所述间隙完全填充；所述第一外延层和所述第二外延层还延伸到所述深沟槽外的所述漂移区表面。
[0013]在所述IGBT和所述FRD的形成区域形成有第二导电类型掺杂的阱区；所述阱区的结深大于等于所述第二外延层的厚度以及所述阱区的结深小于等于所述第一外延层和所述第二外延层的厚度和，所述阱区的体浓度大于所述第二外延层的浓度，所述阱区底部的所述第一外延层作为所述漂移区的一部分。
[0014]所述FRD的组成部分包括填充于所述深沟槽中的所述第一外延层、所述第二外延层和所述第三绝缘介质层以及位于所述FRD的形成区域中的所述阱区、包括了所述第一外延层的所述漂移区、所述场截止层和所述第一电极区。
[0015]所述FRD中，位于所述深沟槽中的所述第二外延层和所述深沟槽外的所述阱区接触并一起组成所述FRD的第二电极区，通过形成于所述深沟槽中的所述第二外延层增加所述FRD的有效面积和调节所述FRD的平均发射效率。
[0016]所述第三绝缘介质层为所述FRD提供复合中心，以改善所述FRD的反向恢复特性。
[0017]所述第三绝缘介质层还同时作为所述IGBT和所述FRD之间的隔离结构。
[0018]进一步的改进是，所述第一外延层和所述第二外延层的掺杂浓度和厚度满足在反偏时互相完全耗尽。
[0019]进一步的改进是，所述深沟槽的宽度大于所述第一外延层和所述第二外延层的厚度和的2倍。
[0020]进一步的改进是，在所述IGBT的形成区域中形成有多个IGBT单元，各所述IGBT单元组成并联结构。
[0021]进一步的改进是，所述FRD的形成区域环绕在所述IGBT的形成区域的外周。
[0022]进一步的改进是，在所述FRD的形成区域的外周环绕有终端区。
[0023]在所述终端区的最外周形成有第一导电类型重掺杂的截止区。
[0024]进一步的改进是，所述深沟槽的数量为一条以上，各条所述深沟槽都呈环状结构并形成深沟槽阵列，所述深沟槽阵列将所述IGBT隔离在内部。
[0025]进一步的改进是，在横向上，所述集电区还延伸到最内侧的所述深沟槽的底部。
[0026]进一步的改进是，各所述IGBT单元还包括：
[0027]栅极结构，所述栅极结构为沟槽栅，被所述栅极结构侧面的阱区用于形成导电沟道；
[0028]发射区，由形成于所述阱区表面且和所述栅极结构自对准的第一导电类型重掺杂区组成。
[0029]进一步的改进是，所述沟槽栅由形成于栅极沟槽的底部表面和侧面的栅介质层和形成于所述栅介质层表面且将所述栅极沟槽填充的栅极导电材料层叠加而成。
[0030]进一步的改进是，逆导型IGBT形成于区熔单晶衬底上，所述区熔单晶衬底具有第一导电类型掺杂，所述漂移区由区熔单晶衬底组成；
[0031]或者，逆导型IGBT形成于直拉单晶衬底上，所述直拉单晶衬底具有第一导电类型重掺杂，在所述直拉单晶衬底上形成有第一导电类型掺杂的第三外延层和第四外延层，所述第四外延层的掺杂浓度小于所述第三外延层的掺杂浓度，所述漂移区由所述第四外延层
组成，所述直拉单晶衬底在背面减薄工艺中被完全去除。
[0032]进一步的改进是，所述第一外延层的厚度为1微米～5微米；
[0033]所述第二外延层的厚度为1微米～5微米；
[0034]所述间隙的宽度为0.5微米～2微米。
[0035]进一步的改进是，所述区熔单晶衬底的电阻率为10欧姆
·
厘米～200欧姆
·
厘米。
[0036]进一步的改进是，所述第三外延层的体浓度为1E15cm
‑3～1E17cm
‑3，厚度为5微米～15微米。
[0037]进一步的改进是，所述第四外延层的体浓度为1E13cm
‑3～1E14cm
‑3，厚度为10微米～60微米。
[0038]进一步的改进是，所述第一电极区、所述集电区和所述场截止层都是通过背面离子注入形成；
[0039]所述第一电极区的掺杂浓度为1E19cm
‑3以上，所述第一电极区的背面注入深度为1微米～2微米；
[0040]所述场截止层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆导型IGBT，其特征在于：包括反向并联的IGBT和FRD；在横向上，所述IGBT的形成区域和所述FRD的形成区域互相邻接且隔离；在所述IGBT的形成区域和所述FRD的形成区域中形成有第一导电类型掺杂的漂移区和场截止层；所述场截止层位于所述漂移区的底部且所述场截止层的掺杂浓度大于所述漂移区的掺杂浓度；所述FRD的形成区域中形成有穿过所述漂移区并停在所述场截止层表面的深沟槽；在所述IGBT的形成区域中，在所述场截止层的背面形成有第二导电类型重掺杂的集电区；在所述FRD的形成区域中，在所述场截止层的背面形成有第一导电类型重掺杂的第一电极区；在所述深沟槽中填充有第一导电类型掺杂的第一外延层、第二导电类型掺杂的第二外延层和第三绝缘介质层；在所述深沟槽中，所述第一外延层形成在所述深沟槽的底部表面和侧面，所述第二外延层形成在所述第一外延层的表面，所述第二外延层和所述第一外延层未将所述深沟槽完全填充且在所述深沟槽的中间留有间隙，所述第三绝缘介质层将所述间隙完全填充；所述第一外延层和所述第二外延层还延伸到所述深沟槽外的所述漂移区表面；在所述IGBT和所述FRD的形成区域形成有第二导电类型掺杂的阱区；所述阱区的结深大于等于所述第二外延层的厚度以及所述阱区的结深小于等于所述第一外延层和所述第二外延层的厚度和，所述阱区的体浓度大于所述第二外延层的浓度，所述阱区底部的所述第一外延层作为所述漂移区的一部分；所述FRD的组成部分包括填充于所述深沟槽中的所述第一外延层、所述第二外延层和所述第三绝缘介质层以及位于所述FRD的形成区域中的所述阱区、包括了所述第一外延层的所述漂移区、所述场截止层和所述第一电极区；所述FRD中，位于所述深沟槽中的所述第二外延层和所述深沟槽外的所述阱区接触并一起组成所述FRD的第二电极区，通过形成于所述深沟槽中的所述第二外延层增加所述FRD的有效面积和调节所述FRD的平均发射效率；所述第三绝缘介质层为所述FRD提供复合中心，以改善所述FRD的反向恢复特性；所述第三绝缘介质层还同时作为所述IGBT和所述FRD之间的隔离结构。2.如权利要求1所述的逆导型IGBT，其特征在于：所述第一外延层和所述第二外延层的掺杂浓度和厚度满足在反偏时互相完全耗尽。3.如权利要求1所述的逆导型IGBT，其特征在于：所述深沟槽的宽度大于所述第一外延层和所述第二外延层的厚度和的2倍。4.如权利要求3所述的逆导型IGBT，其特征在于：在所述IGBT的形成区域中形成有多个IGBT单元，各所述IGBT单元组成并联结构。5.如权利要求4所述的逆导型IGBT，其特征在于：所述FRD的形成区域环绕在所述IGBT的形成区域的外周。6.如权利要求5所述的逆导型IGBT，其特征在于：在所述FRD的形成区域的外周环绕有终端区；在所述终端区...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小利，王海军，
申请(专利权)人：上海擎茂微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：