逆导型绝缘栅双极晶体管及其制备方法技术

本申请涉及一种逆导型绝缘栅双极晶体管及其制备方法，该逆导型绝缘栅双极晶体管包括：第一导电类型掺杂的漂移区、第二导电类型掺杂的基区、从漂移区的表面延伸入漂移区且平行排列的多个沟槽，沟槽贯穿基区且底部与漂移区接触，沟槽内设置有绝缘介质层和由绝缘介质层包围的导电材料；基区包括交错分布的有源区和虚拟元胞区；由有源区对应的发射区、接触区及其毗连的基区、漂移区和集电区组成IGBT单元；虚拟元胞区对应的基区及其毗连的接触区、漂移区和阴极区组成反向恢复晶体管单元；其中，位于虚拟元胞区内的沟槽的绝缘介质层设置有凹槽。本申请在不显著增加工艺和成本的基础上，优化RC IGBT的反向恢复性能，降低二极管的关断损耗。关断损耗。关断损耗。

【技术实现步骤摘要】
逆导型绝缘栅双极晶体管及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种逆导型绝缘栅双极晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极晶体管(Insulated gate bipolar transistor，简称IGBT)是电子系统中的关键半导体元件，被广泛应用于各种中高压功率控制系统中，如马达驱动、电能转换等。IGBT器件包含三个电极：集电极、发射极以及用于控制器件开关的栅极。相关技术的IGBT在栅极关断时等效为一个基区开路的PNP型三极管，因此不具备反向续流能力，导致相关技术的IGBT只能作为一个单向导通器件，即电流只能从集电极流向发射极。但是多数功率电路系统都有电流双向导通的需求，因此，近年来一种新型的逆导型绝缘栅双极晶体管(Reverse Conducting IGBT，简称RC IGBT)结构被提出。
[0003]与相关技术的IGBT相比，RC
‑
IGBT将反向并联二极管与相关技术的IGBT集成于同一块芯片上，使得RC IGBT的电流既可以由集电极流向发射极，亦可由发射极流向集电极，以取代相关技术IGBT反并联分离式的续流二极管器件，节省总芯片面积约1/3，可大幅降低芯片生产制造成本及封装测试成本。同时这种集成二极管结构可以降低二极管的热阻，并较大幅度提高其抗浪涌电流，同时可显著降低芯片结温波动大的缺点，提高器件的功率循环能力。
[0004]但是，由于二极管与IGBT集成在同一颗芯片之中，RC IGBT存在二极管的反向恢复性能较差的问题。如果采用载流子寿命控制技术提高二极管的反向恢复速度、降低反向恢复损耗，会对IGBT工作模式下的性能和可靠性产生不利影响。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种逆导型绝缘栅双极晶体管及其制备方法，其可以在不显著增加工艺和成本的基础上，优化RC IGBT的反向恢复性能，降低二极管的关断损耗。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种逆导型绝缘栅双极晶体管，包括：第一导电类型掺杂的漂移区；在漂移区的表面形成有第二导电类型掺杂的基区，基区包括交错分布的有源区和虚拟元胞区；从漂移区的表面延伸入漂移区且平行排列的多个沟槽，沟槽贯穿基区且底部与漂移区接触，沟槽内设置有绝缘介质层和由绝缘介质层包围的导电材料，导电材料从顶部的第一金属层引出形成栅电极；在基区的有源区的表面形成有第一导电类型重度掺杂的发射区和第二导电类型重度掺杂的接触区，发射区的第一侧面与对应的沟槽的侧面毗连，发射区的第二侧面与接触区毗连，发射区和接触区共同从第一金属层引出形成发射极；在漂移区的背面形成有第一导电类型掺杂的缓冲层；在缓冲层的表面形成有交错分布的第二导电类型重度掺杂的集电区和第一导电类型重度掺杂的阴极区，集电区和阴极区共同从第二金属层引出形成集电极；由有源区对应的发射区、接触区及其毗连的基区、漂移区和集电区组成IGBT单元；虚拟元胞区作为晶体管阳极区，由晶体管阳极区对应的基区及
其毗连的接触区、漂移区和阴极区组成反向恢复晶体管单元；其中，位于虚拟元胞区内的沟槽的绝缘介质层设置有凹槽。
[0007]在一种可能的实现方式中，凹槽的深度为0.8μm
±
0.1μm。
[0008]在一种可能的实现方式中，第一金属层与多个沟槽的顶部之间还形成有氧化层。
[0009]在一种可能的实现方式中，逆导型绝缘栅双极晶体管还包括位于漂移区与基区之间的载流子储存层，载流子储存层与相邻的沟槽的侧面毗连。
[0010]在一种可能的实现方式中，绝缘介质层的材质为二氧化硅，导电材料的材质为多晶硅。
[0011]在一种可能的实现方式中，第一导电类型和第二导电类型中的任一者为n型，第一导电类型和第二导电类型中的另一者为p型。
[0012]第二方面，本申请实施例提供了一种如前所述的逆导型绝缘栅双极晶体管的制备方法，包括：形成第一导电类型掺杂的漂移区；在漂移区的上表面通过离子注入和/或扩散的方式形成第二导电类型掺杂的基区，基区包括交错分布的有源区和虚拟元胞区；在漂移区的上表面刻蚀平行排列的多个沟槽，沟槽贯穿基区且底部与漂移区接触；在沟槽的内壁形成绝缘介质层，并在沟槽内填充导电材料；在位于虚拟元胞区内的沟槽的绝缘介质层通过干法刻蚀形成凹槽；在基区的有源区的上表面通过离子注入和/或扩散的方式形成第一导电类型重度掺杂的发射区和第二导电类型重度掺杂的接触区；在发射区和接触区的表面沉积第一金属层，导电材料从顶部的第一金属层引出形成栅电极，发射区和接触区共同从第一金属层引出形成发射极；在漂移区的背面进行减薄，并通过离子深层注入和/或扩散的方式形成第一导电类型掺杂的缓冲层；在缓冲层的表面进行第一导电类型离子浅层注入，形成第一导电类型重度掺杂的阴极区；在缓冲层的表面进行第二导电类型离子浅层注入，形成第二导电类型重度掺杂的集电区，且集电区与阴极区交错分布；在集电区与阴极区的表面沉积第二金属层，集电区和阴极区共同从第二金属层引出形成集电极。
[0013]在一种可能的实现方式中，在沉积第一金属层之前，制备方法还包括在多个沟槽的顶部形成的氧化层。
[0014]在一种可能的实现方式中，在形成基区之前，制备方法还包括在漂移区的表面通过离子深层注入和/或扩散的方式形成第一导电类型掺杂的载流子储存层，且沟槽贯穿载流子储存层。
[0015]在一种可能的实现方式中，干法刻蚀的气体为八氟环戊烯、四氟化碳和三氟甲烷中的任一者。
[0016]根据本申请实施例提供的逆导型绝缘栅双极晶体管及其制备方法，在第一导电类型掺杂的漂移区的表面形成有第二导电类型掺杂的基区，基区包括交错分布的有源区和虚拟元胞区；从漂移区的表面延伸入漂移区且平行排列的多个沟槽，沟槽贯穿基区且底部与漂移区接触，沟槽内设置有绝缘介质层和由绝缘介质层包围的导电材料，导电材料从顶部的第一金属层引出形成栅电极；在基区的有源区的表面形成有第一导电类型重度掺杂的发射区和第二导电类型重度掺杂的接触区，发射区的第一侧面与对应的沟槽的侧面毗连，发射区的第二侧面与接触区毗连，发射区和接触区共同从第一金属层引出形成发射极；在漂移区的背面形成有第一导电类型掺杂的缓冲层；在缓冲层的表面形成有交错分布的第二导电类型重度掺杂的集电区和第一导电类型重度掺杂的阴极区，集电区和阴极区共同从第二
金属层引出形成集电极；由有源区对应的接触区、发射区及其毗连的沟槽、基区、漂移区和集电区组成IGBT单元；虚拟元胞区作为晶体管阳极区，由晶体管阳极区对应的沟槽、基区、漂移区和阴极区组成反向恢复晶体管单元；其中，位于虚拟元胞区内的沟槽的绝缘介质层设置有凹槽。由此，在不显著增加工艺和成本的基础上，通过在虚拟元胞区内的沟槽的绝缘介质层刻蚀形成凹槽，可以减小附近的电子空穴浓度，从而降低载流子注入效率，优化RC IGBT的反向恢复性能，降低二极管的关断损耗。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆导型绝缘栅双极晶体管，其特征在于，包括：第一导电类型掺杂的漂移区；在所述漂移区的表面形成有第二导电类型掺杂的基区，所述基区包括交错分布的有源区和虚拟元胞区；从所述漂移区的表面延伸入所述漂移区且平行排列的多个沟槽，所述沟槽贯穿所述基区且底部与所述漂移区接触，所述沟槽内设置有绝缘介质层和由所述绝缘介质层包围的导电材料，所述导电材料从顶部的第一金属层引出形成栅电极；在所述基区的所述有源区的表面形成有第一导电类型重度掺杂的发射区和第二导电类型重度掺杂的接触区，所述发射区的第一侧面与对应的所述沟槽的侧面毗连，所述发射区的第二侧面与所述接触区毗连，所述发射区和所述接触区共同从所述第一金属层引出发射极；在所述漂移区的背面形成有第一导电类型掺杂的缓冲层；在所述缓冲层的表面形成有交错分布的第二导电类型重度掺杂的集电区和第一导电类型重度掺杂的阴极区，所述集电区和所述阴极区共同从第二金属层引出形成集电极；由所述有源区对应的所述发射区、所述接触区及其毗连的所述基区、所述漂移区和所述集电区组成IGBT单元；所述虚拟元胞区作为晶体管阳极区，由所述晶体管阳极区对应的所述基区及其毗连的所述接触区、所述漂移区和所述阴极区组成反向恢复晶体管单元；其中，位于所述虚拟元胞区内的所述沟槽的所述绝缘介质层设置有凹槽。2.根据权利要求1所述的逆导型绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述凹槽的深度为0.8μm
±
0.1μm。3.根据权利要求1所述的逆导型绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述第一金属层与所述多个沟槽的顶部之间还形成有氧化层。4.根据权利要求1所述的逆导型绝缘栅双极晶体管，其特征在于，还包括位于所述漂移区与所述基区之间的载流子储存层，所述载流子储存层与相邻的所述沟槽的侧面毗连。5.根据权利要求1所述的逆导型绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述绝缘介质层的材质为二氧化硅，所述导电材料的材质为多晶硅。6.根据权利要求1所述的逆导型绝缘栅双极晶体管，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福胜，谢梓翔，李春艳，廖勇波，马颖江，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：