一种逆导绝缘栅双极型晶体管结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种逆导绝缘栅双极型晶体管结构及其制备方法，涉及功率器件技术领域，其包括绝缘栅双极型晶体管区域和二极管区域；二极管区域包括快恢复二极管阴极结构、第二漂移区结构和快恢复二极管阳极结构；快恢复二极管阴极结构包括二极管区域的下表面N+区和P+区组成的场电荷抽取二极管结构和位于场电荷抽取二极管结构上表面的第三金属结构；第二漂移区结构包括第二N

【技术实现步骤摘要】
一种逆导绝缘栅双极型晶体管结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及功率器件
，尤其涉及的是一种逆导绝缘栅双极型晶体管结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]IGBT（IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）是由BJT（BJT：Bipolar Junction Transistor，双极型三极管）和MOSFET（MOSFET：Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
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Effect Transistor，绝缘栅极场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼具有MOS管的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面的优点。IGBT自发展以来，应用范围不断扩大，功率更是从几百W至几十MW不断发展，但是，它对器件的软度、稳定、可控性以及损耗都有着更严格的要求。目前在IGBT高功率领域，应用最先进的技术是RC_IGBT。
[0003]RC_IGBT（RC_IGBT：Reverse Conducting IGBT，逆导IGBT）是由IGBT与FWD（FWD：Falling Weight Deflectometer，续流二极管）集成的半导体产品，包括IGBT以及内部集成的反并联续流二极管，能够进一步降低功率器件成本并大幅提高功率密度,一般，续流二极管采用FRD（FRD：Fast Recovery Diode，快恢复二极管）。RC_IGBT同时拥有正向导通和反向导通的能力，正向导通时，IGBT处于工作状态；反向导通时，续流二极管处于工作状态。但是，目前在高压等极端的工作条件下，RC_IGBT的关断及续流二极管的反向恢复过程会产生过高的di/dt（电流对时间的变化率）和大电流下的杂散电感等不利因素，这些问题都会导致过大的电流和电压震荡，给器件带来较大的电磁干扰甚至是器件的损坏。
[0004]因此，现有技术还有待改进和发展。

技术实现思路

[0005]本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种逆导绝缘栅双极型晶体管结构及其制备方法，旨在解决现有技术中RC_IGBT反向恢复过程产生的电路震荡会对器件造成电磁干扰或者损坏的问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种逆导绝缘栅双极型晶体管结构，所采用的技术方案如下：一种新型逆导绝缘栅双极型晶体管结构，包括绝缘栅双极型晶体管区域和二极管区域；所述绝缘栅双极型晶体管区域包括绝缘栅双极型晶体管集电极结构、第一漂移区结构、绝缘栅双极型晶体管栅极结构和绝缘栅双极型晶体管发射极结构；所述绝缘栅双极型晶体管集电极结构包括所述绝缘栅双极型晶体管区域的P+集电极位于所述P+集电极下表面的第一金属结构；所述第一漂移区结构包括所述绝缘栅双极型晶体管区域的第一N
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基区和与所述绝缘栅双极型晶体管区域的第一N
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基区相接的第一N型缓冲区；
所述绝缘栅双极型晶体管栅极结构包括所述绝缘栅双极型晶体管区域内嵌入设置在所述绝缘栅双极型晶体管发射极结构和所述第一漂移区结构上表面的沟槽；所述绝缘栅双极型晶体管发射极结构包括与沟槽栅相接的N+发射区、P型基区和与所述沟槽相接的第二金属结构；所述二极管区域包括快恢复二极管阴极结构、第二漂移区结构和快恢复二极管阳极结构；所述快恢复二极管阴极结构包括所述二极管区域下表面N+区和P+区组成的场电荷抽取二极管结构和位于所述场电荷抽取二极管结构上表面的第三金属结构；所述第二漂移区结构包括所述二极管区域的第二N
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基区和与所述二极管区域的第二N
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基区相接的第二N型缓冲区；所述快恢复二极管阳极结构包括所述二极管区域的P区和与所述P区相接的第四金属结构。
[0007]进一步地，所述二极管区域上表面的P区采用氦离子注入工艺形成。
[0008]进一步地，所述场电荷抽取二极管结构为N+区和P+区交替组成的岛状N+和P+区域。
[0009]进一步地，所述第一漂移区结构和所述第二漂移区结构为相同结构。
[0010]第二方面，本申请提供一种逆导绝缘栅双极型晶体管结构的制备方法，采用如下的技术方案：一种逆导绝缘栅双极型晶体管结构的制备方法，包括以下步骤：使用晶圆作为制备基底；在所述晶圆上制备形成终端保护环；在所述晶圆上制备形成P型基区；对所述晶圆上的绝缘栅双极型晶体管区域和二极管区域分别进行不同的工艺以用于得到绝缘栅双极型晶体管区域的N+发射极以及进行区域寿命控制；在所述晶圆上制备形成金属电极；在所述晶圆上制备形成N型缓冲区和N
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基区、绝缘栅双极型晶体管区域的P+集电极以及二极管区域的N+区。
[0011]进一步地，所述在所述晶圆上制备得到终端保护环的步骤包括：采用热生长场氧化层作为终端离子注入的掩膜；利用光刻工艺在所述晶圆上刻出形状并进行终端硼离子的注入以及退火处理操作，形成终端保护环。
[0012]进一步地，所述在所述晶圆上制备形成P型基区的步骤包括：在所述晶圆上的有源区刻出沟槽结构；进行生长栅氧化层以及沉积多晶硅操作；利用所述掩膜在所述晶圆上的有源区进行P型基区注入和退火处理操作以形成P型基区。
[0013]进一步地，所述对所述晶圆上的绝缘栅双极型晶体管区域和二极管区域分别进行不同的工艺，以用于得到绝缘栅双极型晶体管区域的N+发射极以及进行区域寿命控制的步骤包括：
利用掩膜对所述晶圆上的绝缘栅双极型晶体管区域进行N+发射极注入以得到绝缘栅双极型晶体管区域的N+发射极；利用掩膜对所述晶圆上的二极管区域进行氦离子注入以进行区域寿命控制。
[0014]进一步地，所述在所述晶圆上制备形成金属电极的步骤包括：在所述晶圆上沉积层间电解质氧化层；刻蚀接触孔；沉积并填充形成金属电极。
[0015]进一步地，所述制备形成N型缓冲区和N
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基区、绝缘栅双极型晶体管区域的P+集电极以及二极管区域的N+区的步骤，包括：在所述晶圆的背面高能量注入磷离子，并进行离子激活以形成N型缓冲区和N
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基区；在所述晶圆的背面注入硼离子，并进行离子激活以形成绝缘栅双极型晶体管区域的P+集电极；利用正背面对准工艺对所述二极管区域进行光刻，并进行激活以形成N+区。
[0016]本专利技术具有以下的有益效果：通过在逆导IGBT的下表面形成由岛状N+和P+区域组成的FCE（Filed Charge Extraction，场电荷抽取）二极管结构，正向导通时，开关二极管的导通和关断关损耗的折中关系得到改善；反向恢复时，随着电场的不断耗尽，其内部晶体管的PNP增益会触发P+区域的空穴注入，而这种提高的FCE效应的二极管在反向恢复后期能够得到注入空穴的支持，从而可以持续输出稳定下降的电流，使得电流和电压的震荡减弱，实现了开关二极管的软恢复过程。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例提供的一种逆导绝缘栅双极型晶体管结构的整体结构示意图。
[0018本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆导绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，包括绝缘栅双极型晶体管区域和二极管区域；所述绝缘栅双极型晶体管区域包括绝缘栅双极型晶体管集电极结构、第一漂移区结构、绝缘栅双极型晶体管栅极结构和绝缘栅双极型晶体管发射极结构；所述绝缘栅双极型晶体管集电极结构包括所述绝缘栅双极型晶体管区域的P+集电极位于所述P+集电极下表面的第一金属结构；所述第一漂移区结构包括所述绝缘栅双极型晶体管区域的第一N
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基区和与所述绝缘栅双极型晶体管区域的第一N
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基区相接的第一N型缓冲区；所述绝缘栅双极型晶体管栅极结构包括所述绝缘栅双极型晶体管区域内嵌入设置在所述绝缘栅双极型晶体管发射极结构和所述第一漂移区结构上表面的沟槽；所述绝缘栅双极型晶体管发射极结构包括与沟槽栅相接的N+发射区、P型基区和与所述沟槽相接的第二金属结构；所述二极管区域包括快恢复二极管阴极结构、第二漂移区结构和快恢复二极管阳极结构；所述快恢复二极管阴极结构包括所述二极管区域的下表面N+区和P+区组成的场电荷抽取二极管结构和位于所述场电荷抽取二极管结构上表面的第三金属结构；所述第二漂移区结构包括所述二极管区域的第二N
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基区和与所述二极管区域的第二N
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基区相接的第二N型缓冲区；所述快恢复二极管阳极结构包括所述二极管区域上表面的P区和与所述P区相接的第四金属结构。2.根据权利要求1所述的逆导绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，所述二极管区域上表面的P区采用氦离子注入工艺形成。3.根据权利要求1所述的逆导绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，所述场电荷抽取二极管结构为N+区和P+区交替组成的岛状N+和P+区域。4.根据权利要求1所述的逆导绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，所述第一漂移区结构和所述第二漂移区结构为相同结构。5.一种如权利要求1
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4任一项所述的逆导绝缘栅双极型晶体管结构的制备方法，其特征在于，包括：使用晶圆作为制备基底；在所述晶圆上制备形成终端保护环；在所述晶圆上制备形成P型基区；对所述晶圆上的绝缘栅双极型晶体管区域和二...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡洪兴，方敏，
申请(专利权)人：广东巨风半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：