CN102931216B - 集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构及制备方法 - Google Patents

集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构，包括IGBT，所述IGBT的N型漂移区的顶部包括被多晶硅栅覆盖的区域和未被多晶硅栅覆盖的区域，未被多晶硅栅覆盖的区域与其上方金属形成肖特基接触，使肖特基二极管与IGBT集成在一起，与IGBT的集电极-发射极形成并联关系。本发明将肖特基二极管集成在IGBT中，当IGBT电流从发射极向集电极导通时，能够起续流作用，从而使开关速度提高，开关功耗降低；当IGBT电流从集电极向发射极导通关断时，能够为少数载流子的反向恢复多提供一旁路，从而使得续流关断的反向恢复时间大大减小，开关速度提高。本发明还公开了一种集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构的制备方法。

Description

集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构及制备方法
技术领域
本发明涉及一种绝缘栅双极晶体管结构，具体涉及一种集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构。本发明还涉及一种集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构的制备方法。
背景技术
绝缘栅双极晶体管(简称IGBT)是金属氧化物半导体(简称MOS)与双极晶体管(也叫三极管)的结合。现有的IGBT如图1所示(接触顶部的正面金属和衬底下部的背面金属未示出)，N型漂移区的顶部全部被多晶硅栅覆盖。这种结构因双极晶体管在大电流导通时具有很低的饱和电压而适合高耐压大功率应用，与功率MOS相比，大电流导通时器件功耗很小。
但是，由于这种双极晶体管结构由少数载流子(简称少子)主导导电，因此在器件关断时，少子反向恢复时间长，从而使得器件开关速度变慢，开关功耗增加。
另外，现有的绝缘栅双极晶体管与功率MOS相比还有一个缺点就是没有固有的寄生反并联二极管，这使得它在某些场合应用(如逆变器)必须与一个起续流作用的二极管并联使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构，它可以使开关速度提高，开关功耗降低。
为解决上述技术问题，本发明集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构的技术解决方案为：
包括绝缘栅双极晶体管，所述绝缘栅双极晶体管的N型漂移区的顶部包括被多晶硅栅覆盖的区域和未被多晶硅栅覆盖的区域，未被多晶硅栅覆盖的区域与其上方金属形成肖特基接触，使肖特基二极管与绝缘栅双极晶体管集成在一起，与绝缘栅双极晶体管的集电极-发射极形成并联关系；
所述肖特基二极管的阳极通过正面金属与IGBT发射极相连，肖特基二极管的阴极通过背面金属与IGBT的集电极相连。
所述肖特基二极管通过N型高掺杂区和背面金属引出，所述IGBT的集电极通过P型高掺杂区和背面金属引出。
本发明还提供一种集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构的制备方法，其技术解决方案为，包括以下步骤：
第一步，按照现有的IGBT工艺，形成IGBT栅、沟道和发射区；
第二步，涂光刻胶、光刻；
第三步，通过干刻去除N型漂移区顶部的部分区域所覆盖的多晶硅；
第四步，淀积层间膜，光刻、干刻层间膜，形成接触孔，去除光刻胶；
第五步，涂光刻胶、光刻，后续将要形成肖特基接触的区域上方被光刻胶覆盖，对将要形成欧姆接触的区域进行P型离子束注入；
第六步，去除光刻胶，进行热退火，激活P型掺杂离子；
第七步，淀积能够与N型硅表面形成肖特基接触的金属埋层，进行热退火，在P型顶部形成欧姆接触，同时在未被多晶硅覆盖的N型漂移区的顶部形成肖特基接触；
所述第七步中的金属为钛、钴或者其它能够跟硅形成肖特基接触的金属。
第八步，后续处理。
所述第八步后续处理的方法为：淀积金属填满接触孔，通过干刻回刻或者化学机械研磨去除表面多余金属；淀积正面金属，通过光刻、干刻形成正面金属图形；然后在衬底背面涂光刻胶，光刻，对背面进行重掺杂硼离子注入；之后去除光刻胶，热退火，激活形成背面P型掺杂区，最后在背面形成背面金属，形成IGBT与肖特基二极管并联的器件结构。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明将肖特基二极管集成在绝缘栅双极晶体管中，当IGBT电流从发射极向集电极导通时，能够起续流作用，从而使开关速度提高，开关功耗降低；当IGBT电流从集电极向发射极导通关断时，能够为少数载流子的反向恢复多提供一旁路，从而使得续流关断的反向恢复时间大大减小，开关速度提高。
本发明的器件在应用时无需再外接二极管与其并联。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有技术绝缘栅双极晶体管结构的示意图；
图2是本发明集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构的示意图；
图3至图9是与本发明的方法步骤相应的结构示意图。
具体实施方式
本发明集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构如图2所示(接触顶部的正面金属和衬底下部的背面金属未示出)，包括绝缘栅双极晶体管，绝缘栅双极晶体管的N型漂移区的顶部包括被多晶硅栅覆盖的区域和未被多晶硅栅覆盖的区域(未被多晶硅栅覆盖的区域设置于两块被多晶硅栅覆盖的区域之间)；未被多晶硅栅覆盖的区域与其上方金属形成肖特基接触，使肖特基二极管与绝缘栅双极晶体管集成在一起，与绝缘栅双极晶体管形成并联关系；肖特基二极管的阳极通过正面金属与IGBT发射极相连(即N型漂移区顶部的肖特基接触通过正面金属与发射极顶部的欧姆接触相连)，肖特基二极管的阴极通过背面金属与IGBT的集电极相连；
肖特基二极管的阴极通过N型高掺杂区和背面金属引出，而IGBT的集电极通过P型高掺杂区和背面金属引出。
由于肖特基二极管由多子(电子)导电，本发明将肖特基二极管集成在绝缘栅双极晶体管的内部，使肖特基二极管与IGBT并联使用，在续流时，能够使少子摄入(扩散)大大减小，反向恢复时间大大降低；而在从集电极流向发射极电流的电流关断时，能够为少子提供附加的旁路，因而使少子反向恢复时间大大减小。
本发明的制备方法包括以下步骤：
1、如图3所示，按照现有技术的IGBT工艺，在N型轻掺杂衬底形成多晶硅栅、体区、源区，在衬底背面进行N型重掺杂，形成IGBT栅、沟道和发射区；
2、如图4所示，涂光刻胶、光刻；
3、如图5所示，通过干刻去除N型漂移区顶部的部分区域所覆盖的多晶硅；
4、如图6所示，淀积层间膜，光刻、干刻层间膜，形成接触孔，去除光刻胶；
5、如图7所示，涂光刻胶、光刻，后续将要形成肖特基接触的区域上方被光刻胶覆盖；对将要形成欧姆接触的区域进行P型离子束注入；
6、如图8所示，去除光刻胶，进行热退火，激活P型掺杂离子；
7、淀积能够与N型硅表面形成肖特基接触的金属(如钛，但不局限于钛)埋层，进行热退火，在P型顶部形成欧姆接触，同时在未被多晶硅覆盖的N型漂移区的顶部形成肖特基接触；
8、后续处理；按照现有分立器件的方法，淀积金属填满接触孔，通过干刻回刻或者化学机械研磨去除表面多余金属；淀积正面金属，通过光刻、干刻形成正面金属图形；然后在衬底背面涂光刻胶，光刻，对背面进行重掺杂硼离子注入，如图9所示；之后去除光刻胶，热退火，激活形成背面P型掺杂区，最后在背面形成背面金属，形成IGBT与肖特基二极管并联的器件结构。

Claims (5)

1.一种集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构，包括绝缘栅双极晶体管，其特征在于：所述绝缘栅双极晶体管的N型漂移区的顶部包括被多晶硅栅覆盖的区域和未被多晶硅栅覆盖的区域，未被多晶硅栅覆盖的区域与其上方金属形成肖特基接触，使肖特基二极管与绝缘栅双极晶体管集成在一起，与绝缘栅双极晶体管的集电极-发射极形成并联关系；所述肖特基二极管的阳极通过正面金属与IGBT发射极相连，肖特基二极管的阴极通过背面金属与IGBT的集电极相连；
所述肖特基接触位于未被多晶硅栅覆盖的没有P型掺杂的N型漂移区的顶部；所述肖特基二极管集成在绝缘栅双极晶体管中，并与IGBT并联。
2.根据权利要求1所述的集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构，其特征在于：所述肖特基二极管通过N型高掺杂区和背面金属引出，所述IGBT的集电极通过P型高掺杂区和背面金属引出。
3.一种权利要求1所述的集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，按照IGBT工艺，形成IGBT栅、沟道和发射区；
第二步，涂光刻胶、光刻；
第三步，通过干刻去除N型漂移区顶部的部分区域所覆盖的多晶硅；
第四步，淀积层间膜，光刻、干刻层间膜，形成接触孔，去除光刻胶；
第五步，涂光刻胶、光刻，后续将要形成肖特基接触的区域上方被光刻胶覆盖，对将要形成欧姆接触的区域进行P型离子束注入；
第六步，去除光刻胶，进行热退火，激活P型掺杂离子；
第七步，淀积能够与N型漂移区表面形成肖特基接触的金属埋层，进行热退火，在P型顶部形成欧姆接触，同时在未被多晶硅覆盖的N型漂移区的顶部形成肖特基接触；
第八步，后续处理。
4.根据权利要求3所述的集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构的制备方法，其特征在于：所述第七步中的金属为钛、钴或者其它能够跟硅形成肖特基接触的金属。
5.根据权利要求3所述的集成有肖特基二极管的绝缘栅双极晶体管结构的制备方法，其特征在于：所述第八步后续处理的方法为：淀积金属填满接触孔，通过干刻回刻或者化学机械研磨去除表面多余金属；淀积正面金属，通过光刻、干刻形成正面金属图形；然后在衬底背面涂光刻胶，光刻，对背面进行重掺杂硼离子注入；之后去除光刻胶，热退火，激活形成背面P型掺杂区，最后在背面形成背面金属，形成IGBT与肖特基二极管并联的器件结构。
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