集成超势垒整流器的igbt器件及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，特别是指一种集成超势鱼整流器(SBR:SuperBarrier Rectifier)的IGBT器件,本发明还涉及所述IGBT的制造方法。
【背景技术】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Translator 绝缘栅双极型晶体管)是一种新型的电力半导体器件。现已成为电力电子领域的新一代主流产品。它是一种具有MOS输入、双极输出功能的MOS、双极相结合的器件。
[0003]结构上，它是由成千上万个重复单元(即图1所示元胞)组成，采用大规模集成电术和功率器件技术制造的一种大功率集成器件。10是其沟槽型栅极，12是IGBT的集电区，9是其源区(发射区)，接触孔2将P型体区4与表层金属I相连。IGBT具有其它功率器件不全具备的高压、大电流、高速三大特点。它既具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。它是电力电子领域非常理想的开关器件。
[0004]现有的IGBT技术无反向续流能力，实际应用中需而外并联续流二极管共同封装，成本较高。传统IGBT重掺杂P型集电极空穴注入能力强，关断后N型漂移区残留大量的空穴，拖尾电流大，关断损耗大。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种集成超势垒整流器的IGBT器件，本发明还要解决的技术问题是提高所述集成超势垒整流器的IGBT器件的制造方法。
[0006]为解决上述问题，本发明所述的一种集成超势垒整流器的IGBT器件，其沟槽型栅极是穿通源区、体区，底部位于轻掺杂N型漂移区；源区上方覆盖硼磷硅玻璃介质层，硼磷硅玻璃介质层上方覆盖表面金属；接触孔穿通硼磷硅玻璃及源区，将体区中的接触注入引出与表面金属相连；
[0007]所述IGBT背面的集电区中具有V型槽，V型槽穿通集电区层底部位于重掺杂N型缓冲层中；￥型槽内壁具有氧化硅层，再填充金属层并覆盖整个IGBT的背面形成IGBT的集电极金属。
[0008]进一步地，所述V型槽内侧壁的氧化硅层和槽内填充的金属构成超势垒整流器的栅极，IGBT的集电区作为体区，V型槽间的P型区与背面金属结合形成超势垒整流器的漏极，IGBT的重掺杂N型缓冲层作为超势垒整流器的源区。
[0009]进一步地，当IGBT器件正向导通时，电子从V型槽表面沟道流出形成电子电流，从而抑制集电区空穴发射，实现快速关断；当IGBT反向时，V型槽击穿，IGBT靠自身实现反向续流，不需外接续流二极管。
[0010]本发明所述的集成超势垒整流器的IGBT器件的制造方法，包含如下步骤:
[0011]第I步，在IGBT的背面进行重掺杂P型注入并激活形成集电极并之后，背面再淀积一层氮化娃;
[0012]第2步，光刻定义出V型槽区，湿法刻蚀氮化硅及硅层，形成V型槽；
[0013]第3步，进行V型槽低温氧化，在V型槽侧壁形成氧化硅层；
[0014]第4步，湿法去除氮化硅层；
[0015]第5步，淀积背面金属，填充沟槽。
[0016]进一步地，所述第5步，背面金属完全填充满V型沟槽。
[0017]本发明所述的集成超势垒整流器的IGBT器件及制造方法，IGBT实现续流二极管自身集成，降低了成本，同时提高了关断速度及关断损耗。
【附图说明】
[0018]图1是现有的IGBT结构示意图；
[0019]图2?6是本发明IGBT的制造工艺步骤图；
[0020]图7是本发明IGBT的制造工艺流程图。
[0021]附图标记说明
[0022]I是表层金属，2是接触孔，3是硼磷硅玻璃，4是体区，5是接触注入区，6是轻掺杂N型漂移区，7是重掺杂N型缓冲层，8是V型沟槽SBR，9是重掺杂N型源区(发射区)，10是沟槽栅极，11是PN结，12是P型集电区，13是PN结J1，14是背面金属，15是氮化硅。
【具体实施方式】
[0023]本发明所述的一种集成超势垒整流器的IGBT器件，如图6所示，其沟槽型栅极10是穿通源区9、体区4，底部位于轻掺杂N型漂移区6 ;源区9上方覆盖硼磷硅玻璃介质层3，硼磷硅玻璃介质层3上方覆盖表面金属I ;接触孔2穿通硼磷硅玻璃3及源区9，将体区4中的接触注入5引出与表面金属I相连；所述IGBT背面的集电区12中具有V型槽8，V型槽8穿通集电区层12底部位于重掺杂N型缓冲层7中；V型槽8内壁具有氧化硅层，再填充金属层14并覆盖整个IGBT的背面形成IGBT的集电极金属。
[0024]所述V型槽8内侧壁的氧化硅层和槽内填充的金属15构成超势垒整流器的栅极，IGBT的集电区12作为体区，V型槽间的P型区(即集电区层12)与背面金属14结合形成超势垒整流器的漏极，IGBT的重掺杂N型缓冲层7作为超势垒整流器的源区。即超势垒整流器SBR由V型槽、V槽内侧壁氧化层、背面金属、PN Jl结13共同构成。
[0025]IGBT正向导通时，IGBT沟槽栅极10打开，背面金属14接高电平，表面金属I接低电平。此时SBR则处于正向工作状态，V型槽8侧壁沟道打开从重掺杂N型缓冲层7抽取电子经过沟道流向背面金属14形成电子电流。电子电流的产生可以降低PNJl结13上的电压降，从而抑制部分空穴对漂移区6的注入，降低漂移区6少子存储效应抑制关断拖尾电流。
[0026]IGBT处于反向续流时，表面金属I处于高电平，背面金属14处于低电平。此时SBR处于反向状态，PN Jl结13反向。但由于V型槽底部曲率很大，极易击穿。PN Jl结13几乎不会阻碍反向电流流动，从而使IGBT具有反向续流能力。
[0027]本发明所述的集成超势垒整流器的IGBT器件的制造方法，包含如下步骤:
[0028]第I步，在IGBT的背面进行重掺杂P型注入并激活形成集电极并激活之后，背面再淀积一层氮化硅15，如图2所示。
[0029]第2步，光刻定义出V型槽区，湿法刻蚀氮化硅及硅层，形成V型槽8，如图3所示。
[0030]第3步，进行V型槽低温氧化，在V型槽侧壁形成氧化硅层，如图4所示。
[0031]第4步，湿法去除氮化硅层，如图5所示。
[0032]第5步，淀积背面金属，填充沟槽，背面金属14完全填充满V型沟槽，最终完成如图6所示。
[0033]以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种集成超势垒整流器的IGBT器件，其沟槽型栅极是穿通源区、体区，底部位于轻掺杂N型漂移区；源区上方覆盖硼磷硅玻璃介质层，硼磷硅玻璃介质层上方覆盖表面金属；接触孔穿通硼磷硅玻璃及源区，将体区中的接触注入引出与表面金属相连；其特征在于: 所述IGBT背面的集电区中具有V型槽，V型槽穿通集电区层底部位于重掺杂N型缓冲层中；￥型槽内壁具有氧化硅层，再填充金属层并覆盖整个IGBT的背面形成IGBT的集电极金属。
2.如权利要求1所述的集成超势垒整流器的IGBT器件，其特征在于:所述V型槽内侧壁的氧化硅层和槽内填充的金属构成超势垒整流器的栅极，IGBT的集电区作为体区，V型槽间的P型区与背面金属结合形成超势垒整流器的漏极，IGBT的重掺杂N型缓冲层作为超势垒整流器的源区。
3.如权利要求1所述的集成超势垒整流器的IGBT器件，其特征在于:当IGBT器件正向导通时，电子从V型槽表面沟道流出形成电子电流，从而抑制集电区空穴发射，实现快速关断；当IGBT反向时，V型槽击穿，IGBT靠自身实现反向续流，不需外接续流二极管。
4.如权利要求1所述的集成超势垒整流器的IGBT器件的制造方法，其特征在于:包含如下步骤: 第I步，在IGBT的背面进行重掺杂P型注入并激活形成集电极并之后，背面再淀积一层氮化娃； 第2步，光刻定义出V型槽区，湿法刻蚀氮化硅及硅层，形成V型槽； 第3步，进行V型槽低温氧化，在V型槽侧壁形成氧化硅层； 第4步，湿法去除氮化硅层； 第5步，淀积背面金属，填充沟槽。
5.如权利要求4所述的集成超势垒整流器的IGBT器件的制造方法，其特征在于:所述第5步，背面金属完全填充满V型沟槽。
【专利摘要】本发明公开了一种集成超势垒整流器的IGBT器件，其背面具有V型槽，V型槽穿过所述IGBT的集电区，其底部位于重掺杂N型缓冲层，其侧壁具有氧化硅层，槽内填充金属，形成超势垒整流器：所述V型槽内侧壁的氧化硅层和槽内填充的金属构成超势垒整流器的栅极，IGBT的集电区作为体区，V型槽间的P型区与背面金属结合形成超势垒整流器的漏极，IGBT的重掺杂N型缓冲层作为超势垒整流器的源区。IGBT自身集成续流二极管，节省芯片成本，在IGBT正向导通时，能抑制集电极空穴注入，提高IGBT关断速度。本发明还公开了所述集成超势垒整流器的IGBT器件的制造方法。
【IPC分类】H01L29-739, H01L21-331, H01L29-06
【公开号】CN104576716
【申请号】CN201310509003
【发明人】柯行飞
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月24日