RC-IGBT结构及其制造方法与流程

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种rc-igbt结构。本发明还涉及一种所述rc-igbt结构的制造方法。

背景技术：

绝缘栅双极晶体管(insulate-gatebipolartransistor—igbt)综合了电力晶体管(gianttransistor—gtr)和电力场效应晶体管(powermosfet)的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；igbt也是三端器件：栅极，集电极和发射极。igbt(insulatedgatebipolartransistor)是mos结构双极器件，属于具有功率mosfet的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。igbt的应用范围一般都在耐压600v以上、电流10a以上、频率为1khz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器(逆变器)、照相机的频闪观测器、感应加热(inductionheating)电饭锅等领域。igbt是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率mosfet的自然进化。mosfet由于实现一个较高的击穿电压bvdss需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率mosfet具有rds(on)数值高的特征，igbt消除了现有功率mosfet的这些主要缺点。虽然最新一代功率mosfet器件大幅度改进了rds(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比igbt高出很多。igbt在经过几十年的发展，已经广泛地应用在各种开关应用场合。沟槽栅(trenchgate)和场截止(fieldstop)大大地改善了器件导通压降(von)和关断损耗(eoff)的折中特性，芯片及拓扑的功率密度得到了极大的提高。将续流二极管(fwd)与igbt芯片集成到一起形成反向导通igbt(rc-igbt)，既可以提高功率密度，也降低了系统成本。

现有rc-igbt的制造过程主要包括正面器件结构制造和背面器件结构制造两部分，在背面器件结构制造过程中，n+短路点的制造需要经过光刻及注入步骤。现有rc-igbt制造方法的背面光刻会带来成本增加，并且工艺流程复杂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种达到现有rc-igbt结构功能同时能降低生产成本的rc-igbt结构。

本发明还提供了一种达到现有rc-igbt结构功能同时能降低生产成本的rc-igbt结构制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的rc-igbt结构，包括背面金属电极4.1上形成集电极9，集电极9上形成缓冲层8，缓冲层8上形成漂移区7，漂移区7上形成体区6，沟槽设置在体区6和漂移区7中，沟槽两侧的体区6中形成发射极5，沟槽内壁形成有栅氧化层2，栅氧化层2内形成多晶硅栅极1，层间介质3设置在沟槽上的正面金属电极4.2中；背面金属电极4上形成多个短路点，该短路点穿过集电极9延伸达到缓冲层8中。所述短路点是n+短路点。

进一步改进所述的rc-igbt结构，所述短路点是背面金属电极4.1上形成的凸部8’。

进一步改进所述的rc-igbt结构，所述发射极5是n型重掺杂区。

进一步改进所述的rc-igbt结构，所述体区6是p型体区。

进一步改进所述的rc-igbt结构，所述漂移区7是n型轻掺杂区。

进一步改进所述的rc-igbt结构，所述背面金属电极4是铝。

进一步改进所述的rc-igbt结构，所述凸部8’是铝尖峰。

本发明提供一种rc-igbt结构制造方法，包括采用现有技术方法制造rc-igbt正面结构，在采用现有技术中方法制造rc-igbt背面结构，执行背面金属化工艺时增加对背面金属进行热处理的步骤，使rc-igbt背面金属形成多个穿过集电极9延伸达到缓冲层8中的短路点。

进一步改进所述的rc-igbt结构制造方法，所述短路点是背面金属上形成的凸部8’。

进一步改进所述的rc-igbt结构制造方法，所述背面金属是铝。

进一步改进所述的rc-igbt结构制造方法，所述凸部8’是铝尖峰。

进一步改进所述的rc-igbt结构制造方法，所述热处理步骤的温度范围为350～500摄氏度，时间范围为1min～300min，氛围为n2。

进一步改进所述的rc-igbt结构制造方法，所述热处理步骤的温度为450摄氏度,时间为60min，氛围为n2。

本发明提供该的rc-igbt结构通过热处理在器件背面金属形成多个凸部(铝尖峰alspiking),使得凸部(铝尖峰alspiking)的深度大于p集电极深度，凸部(铝尖峰alspiking)可以起到n+短路点的作用。进而减少了rc-igbt器件背面光刻步骤，减少了rc-igbt器件工艺流程，降低了rc-igbt器件生产成本。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有igbt结构示意图一，其显示平面栅极igbt结构。

图2是现有igbt结构示意图二，其显示沟槽栅极igbt结构。

图3是现有rc-igbt结构示意图一，其显示平面栅极rc-igbt结构。

图4是现有rc-igbt结构示意图二，其显示沟槽栅极rc-igbt结构。

图5是本发明rc-igbt结构示意图。

图6是本发明rc-igbt结构制造示意图一。

图7是本发明rc-igbt结构制造示意图二。

图8是本发明rc-igbt结构制造示意图三。

图9是本发明rc-igbt结构制造示意图四。

图10是本发明rc-igbt结构制造示意图五。

图11是现有rc-igbt和本发明rc-igbt的snapback导通特性效果对比图。

附图标记说明

1是多晶硅栅极

2是栅氧化层

3是层间介质

4是金属电极

4.1背面金属电极

4.2正面金属电极

5是n+发射极

6是p体区

7是n-漂移区

8是n缓冲层8’是凸部

9是p集电极

10是n+短路点

a是现有rc-igbt导通特性曲线

b是本发明rc-igbt导通特性曲线。

具体实施方式

如图5所示，本发明提供的rc-igbt结构第一实施例，以沟槽栅rc-igbt为例，包括背面金属电极4.1上形成集电极9，集电极9上形成缓冲层8，缓冲层8上形成漂移区7，漂移区7上形成体区6，沟槽设置在体区6和漂移区7中，沟槽两侧的体区6中形成发射极5，沟槽内壁形成有栅氧化层2，栅氧化层2内形成多晶硅栅极1，层间介质3设置在沟槽上的正面金属电极4.2中；背面金属电极4.1上形成多个凸部8’，该凸部8’穿过集电极9延伸达到缓冲层8中。其中，所述发射极5是n型重掺杂区，所述体区6是p型体区，所述漂移区7是n型轻掺杂区，所述背面金属电极4.1是铝，

本发明提供的rc-igbt结构第二实施例，以沟槽栅rc-igbt为例，包括背面金属电极4.1上形成集电极9，集电极9上形成缓冲层8，缓冲层8上形成漂移区7，漂移区7上形成体区6，沟槽设置在体区6和漂移区7中，沟槽两侧的体区6中形成发射极5，沟槽内壁形成有栅氧化层2，栅氧化层2内形成多晶硅栅极1，层间介质3设置在沟槽上的正面金属电极4.2中；背面金属电极4.1上形成多个凸部8’，凸部8’是通过对背面金属铝进行热处理，使金属铝形成穿过集电极9延伸达到缓冲层8中的铝尖峰。

其中，所述发射极5是n型重掺杂区，所述体区6是p型体区，所述漂移区7是n型轻掺杂区。

本发明提供一种rc-igbt结构制造方法，以沟槽栅rc-igbt为例，包括：

如图6所示，采用现有技术方法制造正面沟槽栅极mos结构及金属化；

如图7所示，在沟槽栅rc-igbt背面n型注入形成缓冲层；

如图8所示，在沟槽栅rc-igbt背面缓冲层上p型注入发射极；

如图9所示，在沟槽栅rc-igbt背面发射极上采用铝进行背面金属化；

如图10所示，在对背面铝金属进行热处理，形成多个铝尖峰，该铝尖峰穿过集电极延伸达到缓冲层中，该铝尖峰作为沟槽栅rc-igbt的n+短路点。

其中，所述热处理步骤的温度范围为350～500摄氏度，时间范围为1min～300min，氛围为n2。

本实施例中，所述热处理步骤的温度采用450摄氏度,时间采用60min，氛围采用n2。

通过扫描电子显微镜(sem)对本发明的rc-igbt进行扫描获得在某一热处理条件下的sem图片，通过形成合理的p集电极深度和后金属化热处理，使得铝尖峰的深度大于p集电极深度，可以观察到本发明中的铝尖峰插入缓冲层，从而起到n+短路点的作用，进而减少了rc-igbt器件背面光刻步骤，减少了rc-igbt器件工艺流程，降低了rc-igbt器件生产成本。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。