CN104282689B - 嵌入frd的igbt器件及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入FRD的IGBT器件，形成于N型硅衬底上并由多个IGBT元胞和多个FRD元胞交替排列形成；各FRD元胞区域位于局部场氧层底部，IGBT元胞区域为局部场氧层之间区域。各FRD元胞区域的P型区由形成于局部场氧层底部的第一P+区组成；各IGBT元胞区域的沟槽栅一侧和局部场氧层接触且该侧不形成沟道，另一侧位于硅衬底中并用于形成沟道。本发明沟槽栅的单边结构能够器件工作时通过第一P+区会向N型硅衬底中注入空穴，从而能够增加对漂移区的空穴注入，减少导通压降。本发明中各FRD元胞区域位置直接位于局部场氧层的底部，并不需要额外占用芯片面积，所以本发明能够节省芯片尺寸。本发明还公开了一种嵌入FRD的IGBT器件的制造方法。

Description

嵌入FRD的IGBT器件及制造方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种嵌入续流二极管(FRD)的绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)器件；本发明还涉及一种嵌入FRD的IGBT器件的制造方法。

背景技术

IGBT是一种电压控制的MOS/双极复合型器件，这种器件同时具有双极结型功率晶体管和功率MOSFET的主要优点：输入阻抗高、输入驱动功率小、导通电阻小、电流容量大、开关速度快等。

然而，IGBT由于反向恢复速度慢，需要在封装过程中并联FRD保证正常关断。目前较先进工艺是把IGBT结构和续流二极管结构做在同一块芯片上，以节省封装面积。如图1所示，为现有IGBT和FRD集成在同一块芯片的结构示意图；其中区域A对应于IGBT器件区域，区域B对应于FRD区域。

IGBT器件和FRD器件都制作在N型硅衬底1上，在硅衬底1上形成有P阱2。

区域A中：IGBT器件由多个重复排列的IGBT元胞组成，各IGBT元胞共用同一P阱2。在硅衬底1的表面形成有交替排列的深沟槽，在深沟槽中内侧表面形成有栅介质层7、在栅介质层7上形成有填充整个深沟槽的多晶硅栅8，多晶硅栅8为各IGBT元胞的沟槽栅。在P阱2中形成有多个N+区3，各N+区3为各IGBT元胞的发射区，被沟槽栅覆盖的P阱2的表面用于形成沟道，该沟道连接各N+区3和各P阱2底部的N型硅衬底1。在硅衬底1的表面形成有层间膜9，层间膜9中形成有金属接触孔并填充金属同时引出各N+区3和P阱2并实现各N+区3和P阱2和正面金属11的连接。在区域A的背面表面形成有P+区5，该P+区5作为整个IGBT的集电区，集电区5通过背面金属12引出。

区域B中，由P阱2组成FRD器件的P型区，在硅衬底1的背面形成有N+区4，由P阱2、N+区4和位于两者之间的N型硅衬底1组成FRD器件的二极管结构。N+区4也通过背面金属12引出。

由图1可知，标记6所示区域范围为整个IGBT器件的工作区，标记10所示区域范围为整个FRD器件的工作区。

由上可以看出，现有图1所示的集成方式存在如下不足之处：

1)从结构上看还是属于两块芯片并联，面积损耗并非最小；

2)深沟槽(trench)两边沟道均工作，即多晶硅栅8的两侧都会形成一个沟道，相对于单边工作，另一边提供空穴注入的结构，导通压降比较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种嵌入FRD的IGBT器件，能节省芯片面积，并能降低导通压降。为此，本发明还提供一种嵌入FRD的IGBT器件的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的嵌入FRD的IGBT器件形成于N型硅衬底上并由多个IGBT元胞和多个FRD元胞交替排列形成。

在所述N型硅衬底的正面形成有多个局部场氧层(LOCOS)，所述局部场氧层定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置，各所述IGBT元胞区域位置位于两相邻的所述局部场氧层之间，各所述FRD元胞区域位置位于各所述局部场氧层所覆盖区域。

在各所述局部场氧层底部的所述N型硅衬底中形成有第一P+区，所述第一P+区的顶部和所述局部场氧层的底部接触，该第一P+区组成对应的所述FRD元胞的P型区。

在各所述局部场氧层的两侧都分别形成有一个第一深沟槽，所述第一深沟槽的深度大于所述第一P+区的深度，所述第一深沟槽的一个侧面和对应的所述局部场氧层以及所述第一P+区接触，所述第一深沟槽的另一个侧面和位于各所述局部场氧层之间的所述N型硅衬底接触，所述第一深沟槽中的底部表面和侧面形成有栅介质层，在所述栅介质层上形成有将所述第一深沟槽完全填充的多晶硅栅，由填充于所述第一深沟槽中的所述多晶硅栅组成各所述IGBT元胞的沟槽栅。

在各相邻的两个所述局部场氧层中的所述N型硅衬底中形成有P阱，所述P阱的深度小于所述第一深沟槽的深度，各所述沟槽栅从一个侧面对所述P阱覆盖。

在各所述P阱的表面形成有第一N+区，由所述第一N+区组成各所述IGBT元胞的发射区，由被所述沟槽栅覆盖的所述P阱表面形成各所述IGBT元胞的沟道，所述沟道连接对应的所述发射区和所述P阱底部的所述N型硅衬底。

在所述第一P+区的上方形成有正面金属接触引出各所述FRD元胞的P型区，在所述发射区的上方形成有正面金属接触引出各所述IGBT元胞的发射区和所述P阱。

在所述N型硅衬底的背面形成有多个第二深沟槽，各所述第二深沟槽的宽度小于各所述第一深沟槽的宽度，在纵向上各所述第二深沟槽位于各所述第一深沟槽底部且和对应的所述第一深沟槽对齐，各所述第二深沟槽不和其顶部的所述第一深沟槽相连接，在各所述第二深沟槽中填充有氧化硅层，所述第二深沟槽在背面定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置；在所述N型硅衬底的背面表面中形成有交替排列的第二P+区和第二N+区，各所述第二P+区位于所述多个IGBT元胞区域位置并作为对应的所述IGBT元胞的集电区，各所述第二N+区位于所述多个FRD元胞区域位置并作为对应的所述FRD元胞的N型区。

在所述多个IGBT元胞区域位置中，由位于所述P阱和所述第二P+区之间的所述N型硅衬底组成各所述IGBT元胞的漂移区；在所述多个FRD元胞区域位置中，由所述P型区、所述N型区和位于所述P型区和所述N型区之间的所述N型硅衬底组成各所述FRD元胞。

在所述N型硅衬底的背面形成有背面电极，该背面电极同时引出所述第二P+区和所述第二N+区。

进一步的改进是，在所述IGBT器件的周侧还形成有耐压环，该耐压环由围绕在所述IGBT器件的周侧的第三P+区组成，所述第三P+区的掺杂条件和所述第一P+区的掺杂条件相同。

进一步的改进是，所述第二P+区和所述第二N+区经过电子辐照处理。

为解决上述技术问题，本发明提供的嵌入FRD的IGBT器件的制造方法包括如下步骤：

步骤一、在N型硅衬底正面表面形成第一氮化硅层，采用光刻工艺定义出局部场氧形成区域，将所述局部场氧形成区域内的所述第一氮化硅层去除、所述局部场氧形成区域外的所述第一氮化硅层保留。

步骤二、采用P型重掺杂离子注入工艺在所述局部场氧形成区域的所述硅衬底中形成第一P+区。

步骤三、对所述局部场氧形成区域的所述硅衬底进行场氧化并形成多个局部场氧层，去除所述第一氮化硅层；IGBT器件形成于所述硅衬底上并由多个IGBT元胞和多个FRD元胞交替排列形成，所述局部场氧层定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置，各所述IGBT元胞区域位置位于两相邻的所述局部场氧层之间，各所述FRD元胞区域位置位于各所述局部场氧层所覆盖区域；所述局部场氧层形成后，所述第一P+区位于所述局部场氧层底部、且所述第一P+区的顶部和所述局部场氧层的底部接触，所述第一P+区组成对应的所述FRD元胞的P型区。

步骤四、采用光刻刻蚀工艺在所述硅衬底正面形成多个第一深沟槽，在各所述局部场氧层的两侧都分别形成有一个所述第一深沟槽，所述第一深沟槽的深度大于所述第一P+区的深度，所述第一深沟槽的一个侧面和对应的所述局部场氧层以及所述第一P+区接触，所述第一深沟槽的另一个侧面和位于各所述局部场氧层之间的所述N型硅衬底接触。

步骤五、在所述第一深沟槽中的底部表面和侧面形成栅介质层。

步骤六、采用多晶硅淀积工艺在所述栅介质层上形成多晶硅栅，所述多晶硅栅将所述第一深沟槽完全填充，由填充于所述第一深沟槽中的所述多晶硅栅组成各所述IGBT元胞的沟槽栅。

步骤七、采用P阱注入工艺在各相邻的两个所述局部场氧层中的所述硅衬底中形成P阱，所述P阱的深度小于所述第一深沟槽的深度，各所述沟槽栅从一个侧面对所述P阱覆盖。

步骤八、采用源注入工艺在各所述P阱的表面形成第一N+区，由所述第一N+区组成各所述IGBT元胞的发射区，由被所述沟槽栅覆盖的所述P阱表面形成各所述IGBT元胞的沟道，所述沟道连接对应的所述发射区和所述P阱底部的所述N型硅衬底。

步骤九、在形成所述第一N+区后，在所述硅衬底正面形成层间膜，所述层间膜将所述局部场氧层、所述沟槽栅和所述第一N+区覆盖。

步骤十、采用光刻刻蚀工艺在所述硅衬底正面形成正面接触孔，所述正面接触孔分别位于所述第一P+区和所述第一N+区上方并将所述第一P+区和所述第一N+区表面露出。

步骤十一、在所述正面接触孔底部进行P+注入并形成P+欧姆接触区；在所述正面接触孔中填充金属形成正面金属接触，在所述第一P+区的上方的所述正面金属接触引出各所述FRD元胞的P型区，在所述发射区的上方的所述正面金属接触引出各所述IGBT元胞的所述发射区和所述P阱。

步骤十二、采用光刻刻蚀工艺在所述硅衬底的背面形成多个第二深沟槽，各所述第二深沟槽的宽度小于各所述第一深沟槽的宽度，在纵向上各所述第二深沟槽位于各所述第一深沟槽底部且和对应的所述第一深沟槽对齐，各所述第二深沟槽不和其顶部的所述第一深沟槽相连接；所述第二深沟槽在背面定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置。

步骤十三、在各所述第二深沟槽中填充氧化硅层。

步骤十四、采用背面P+注入在所述硅衬底的背面表面中形成第二P+区、采用背面N+注入在所述硅衬底的背面表面中形成第二N+区，所述第二P+区和所述第二N+区在所述硅衬底的背面表面中交替排列，各所述第二P+区位于所述多个IGBT元胞区域位置并作为对应的所述IGBT元胞的集电区，各所述第二N+区位于所述多个FRD元胞区域位置并作为对应的所述FRD元胞的N型区；在所述多个IGBT元胞区域位置中，由位于所述P阱和所述第二P+区之间的所述N型硅衬底组成各所述IGBT元胞的漂移区；在所述多个FRD元胞区域位置中，由所述P型区、所述N型区和位于所述P型区和所述N型区之间的所述N型硅衬底组成各所述FRD元胞。

步骤十五、对所述第二P+区和所述第二N+区进行电子辐照。

步骤十六、在所述硅衬底的背面形成背面电极，该背面电极同时引出所述第二P+区和所述第二N+区。

进一步的改进是，在所述IGBT器件的周侧还形成有耐压环，该耐压环由围绕在所述IGBT器件的周侧的第三P+区组成，所述第三P+区的工艺条件和所述第一P+区的工艺条件相同，在步骤一中包括形成由所述第一氮化硅层刻蚀后定义出所述第三P+区的步骤，在步骤二中采用同一P型重掺杂离子注入同时形成所述第一P+区和所述第三P+区。

进一步的改进是，所述局部场氧层的厚度为1μm～2μm。

进一步的改进是，所述第一深沟槽的深度为5μm～9μm。

进一步的改进是，所述电子辐照剂量控制为80KGY～200KGY。

本发明能够取得如下有益效果：

1、本发明器件中的IGBT元胞的沟槽栅为单边结构，器件工作时，仅在第一深沟槽的一侧形成沟道，在不形成沟道的另一侧位置处，第一P+区会向N型硅衬底中注入空穴，在加上位于漂移区底部的第二P+区对N型硅衬底的空穴注入，所以本发明能够增加对漂移区的空穴注入，减少导通压降。

2、本发明中各FRD元胞区域位置直接位于局部场氧层的底部，并不需要额外占用芯片面积，所以本发明实施例能够节省芯片尺寸。

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IGBT结构和续流二极管结构做在同一块芯片的结构示意图；

图2是本发明实施例嵌入FRD的IGBT器件的结构示意图；

图3A-图3E是本发明实施例方法各步骤中器件结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明实施例嵌入FRD的IGBT器件的结构示意图；IGBT器件形成于N型硅衬底101上并由多个IGBT元胞和多个FRD元胞交替排列形成。

在所述硅衬底101的正面形成有多个局部场氧层102，所述局部场氧层102定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置，各所述IGBT元胞区域位置位于两相邻的所述局部场氧层102之间，各所述FRD元胞区域位置位于各所述局部场氧层102所覆盖区域。

在各所述局部场氧层102底部的所述硅衬底101中形成有第一P+区103，所述第一P+区103的顶部和所述局部场氧层102的底部接触，该第一P+区103组成对应的所述FRD元胞的P型区103；

在各所述局部场氧层102的两侧都分别形成有一个第一深沟槽，所述第一深沟槽的深度大于所述第一P+区103的深度，所述第一深沟槽的一个侧面和对应的所述局部场氧层102以及所述第一P+区103接触，所述第一深沟槽的另一个侧面和位于各所述局部场氧层102之间的所述N型硅衬底101接触，所述第一深沟槽中的底部表面和侧面形成有栅介质层104，较佳为，所述栅介质层104的材料为氧化硅。在所述栅介质层104上形成有将所述第一深沟槽完全填充的多晶硅栅105，由填充于所述第一深沟槽中的所述多晶硅栅105组成各所述IGBT元胞的沟槽栅105。

在各相邻的两个所述局部场氧层102中的所述硅衬底101中形成有P阱106，所述P阱106的深度小于所述第一深沟槽的深度，各所述沟槽栅105从一个侧面对所述P阱106覆盖。

在各所述P阱106的表面形成有第一N+区107，由所述第一N+区107组成各所述IGBT元胞的发射区107，由被所述沟槽栅105覆盖的所述P阱106表面形成各所述IGBT元胞的沟道，所述沟道连接对应的所述发射区107和所述P阱106底部的所述N型硅衬底101。

在所述第一P+区103的上方形成有正面金属接触109引出各所述FRD元胞的P型区103，在所述发射区107的上方形成有正面金属接触109引出各所述IGBT元胞的发射区107和所述P阱106。在所述正面金属接触109的正下方形成有P+欧姆接触区108，该P+欧姆接触区108用于形成良好的欧姆接触。各所述IGBT元胞中所述P+欧姆接触区108还实现所述发射区107和所述P阱106的连接。

在所述硅衬底101的背面形成有多个第二深沟槽110，各所述第二深沟槽110的宽度小于各所述第一深沟槽的宽度，在纵向上各所述第二深沟槽110位于各所述第一深沟槽底部且和对应的所述第一深沟槽对齐，各所述第二深沟槽110不和其顶部的所述第一深沟槽相连接，在各所述第二深沟槽中填充有氧化硅层，所述第二深沟槽在背面定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置；在所述硅衬底101的背面表面中形成有交替排列的第二P+区111和第二N+区112，各所述第二P+区111位于所述多个IGBT元胞区域位置并作为对应的所述IGBT元胞的集电区111，各所述第二N+区112位于所述多个FRD元胞区域位置并作为对应的所述FRD元胞的N型区112。

在所述多个IGBT元胞区域位置中，由位于所述P阱106和所述第二P+区111之间的所述N型硅衬底101组成各所述IGBT元胞的漂移区；在所述多个FRD元胞区域位置中，由所述P型区、所述N型区和位于所述P型区和所述N型区之间的所述N型硅衬底101组成各所述FRD元胞。

在所述硅衬底101的背面形成有背面电极(未示出)，该背面电极同时引出所述第二P+区111和所述第二N+区112。

在所述IGBT器件的周侧还形成有耐压环，该耐压环由围绕在所述IGBT器件的周侧的第三P+区组成，所述第三P+区的掺杂条件和所述第一P+区103的掺杂条件相同。

由图2可以看出，本发明实施例的沟槽栅105为单边结构，器件工作时，在所述第一深沟槽和所述局部场氧层102相接触的侧面处不形成沟道，仅在位于两相邻的所述局部场氧层102之间的所述硅衬底101中的侧面处才形成沟道。其中，在所述第一深沟槽和所述局部场氧层102相接触的侧面底部也和所述第一P+区103接触，这样当器件工作时，所述第一P+区103中也会向所述N型硅衬底101中注入空穴，由于IGBT器件的漂移区是由位于所述P阱106和所述第二P+区111之间的所述N型硅衬底101组成，所述第一P+区103中的空穴注入到所述N型硅衬底101中后，就会增加IGBT器件的空穴浓度。而由图1可知，现有技术中的IGBT器件工作时只能从而P+区5向由硅衬底1组成的漂移区中注入空穴；而由图2可知，本发明实施例能够通过第一P+区103和第二P+区111同时向漂移区中注入空穴，所以本发明实施例多了一个第一P+区103的空穴注入，这样能够进一步降低器件的导通电阻，从而能获得较低的导通压降。

另外，本发明实施例中各FRD元胞区域位置直接位于局部场氧层102的底部，并不需要额外占用芯片面积，所以本发明实施例能够节省芯片尺寸。

如图3A至图3E所示，是本发明实施例方法各步骤中器件结构示意图，本发明实施例嵌入FRD的IGBT器件的制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图3A所示，在N型硅衬底101正面表面形成第一氮化硅层，采用光刻工艺定义出局部场氧形成区域，采用干法或湿法刻蚀工艺将所述局部场氧形成区域内的所述第一氮化硅层去除、所述局部场氧形成区域外的所述第一氮化硅层保留。在所述IGBT器件的周侧还形成有耐压环，在步骤一中在所述IGBT器件的周侧，所述第一氮化硅层刻蚀后还定义出组成所述耐压环的第三P+区形成区域。

步骤二、如图3A所示，采用P型重掺杂离子注入工艺在所述局部场氧形成区域的所述硅衬底101中形成第一P+区103。所述P型重掺杂离子注入工艺同时在所述IGBT器件的周侧形成第三P+区。所述P型重掺杂离子注入工艺的注入剂量为1E14cm^-2～1E15cm^-2。

步骤三、如图3A所示，对所述局部场氧形成区域的所述硅衬底101进行场氧化并形成多个局部场氧层102，去除所述第一氮化硅层。所述局部场氧层102的厚度为1μm～2μm。

IGBT器件形成于所述硅衬底101上并由多个IGBT元胞和多个FRD元胞交替排列形成，所述局部场氧层102定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置，各所述IGBT元胞区域位置位于两相邻的所述局部场氧层102之间，各所述FRD元胞区域位置位于各所述局部场氧层102所覆盖区域；所述局部场氧层102形成后，所述第一P+区103位于所述局部场氧层102底部、且所述第一P+区103的顶部和所述局部场氧层102的底部接触，所述第一P+区103组成对应的所述FRD元胞的P型区。

步骤四、如图3B所示，采用光刻刻蚀工艺在所述硅衬底101正面形成多个第一深沟槽，所述第一深沟槽刻蚀时采用厚底为的氧化层作为刻蚀阻挡层。所述第一深沟槽的深度为5μm～9μm。

在各所述局部场氧层102的两侧都分别形成有一个所述第一深沟槽，所述第一深沟槽的深度大于所述第一P+区103的深度，所述第一深沟槽的一个侧面和对应的所述局部场氧层102以及所述第一P+区103接触，所述第一深沟槽的另一个侧面和位于各所述局部场氧层102之间的所述N型硅衬底101接触。

步骤五、如图3B所示，在所述第一深沟槽中的底部表面和侧面形成栅介质层104。较佳为，所述栅介质层104的材料为氧化硅。所述栅介质层104的厚度为

步骤六、如图3B所示，采用多晶硅淀积工艺在所述栅介质层104上形成多晶硅栅105，所述多晶硅栅105将所述第一深沟槽完全填充，由填充于所述第一深沟槽中的所述多晶硅栅105组成各所述IGBT元胞的沟槽栅。所述多晶硅栅105的淀积厚度为淀积后需采用多晶硅回刻工艺对所述多晶硅栅105进行回刻并使所述多晶硅栅105仅填充于所述第一深沟槽中。

步骤七、如图3C所示，采用P阱注入工艺在各相邻的两个所述局部场氧层102中的所述硅衬底101中形成P阱106，所述P阱106的深度小于所述第一深沟槽的深度，各所述沟槽栅从一个侧面对所述P阱106覆盖。所述P阱106的注入条件为：注入能量为60KeV～120KeV，注入剂量为1E13cm^-2～1E14cm^-2。

步骤八、如图3C所示，采用源注入工艺在各所述P阱106的表面形成第一N+区107，由所述第一N+区107组成各所述IGBT元胞的发射区107，由被所述沟槽栅覆盖的所述P阱106表面形成各所述IGBT元胞的沟道，所述沟道连接对应的所述发射区107和所述P阱106底部的所述N型硅衬底101。所述第一N+区107的源注入条件为：注入杂质为磷或砷，注入能量为60KeV～120KeV，注入剂量为1E15cm^-2～1E16cm^-2。

步骤九、如图3D所示，在形成所述第一N+区107后，在所述硅衬底101正面形成层间膜113，所述层间膜113将所述局部场氧层102、所述沟槽栅和所述第一N+区107覆盖。

步骤十、如图3D所示，采用光刻刻蚀工艺在所述硅衬底101正面形成正面接触孔，所述正面接触孔分别位于所述第一P+区103和所述第一N+区107上方并将所述第一P+区103和所述第一N+区107表面露出。其中所述第一P+区103上方的所述正面接触开孔要穿过所述层间膜113和所述局部场氧层102，所述第一N+区107上方的所述正面接触开孔要穿过所述层间膜113。

步骤十一、如图3D所示，在所述正面接触孔底部进行P+注入并形成P+欧姆接触区108。

如图3E所示，在所述正面接触孔中填充金属形成正面金属接触，在所述第一P+区103的上方的所述正面金属接触引出各所述FRD元胞的P型区；在所述发射区107的上方的所述正面金属接触引出各所述IGBT元胞的所述发射区107和所述P阱106，所述P+欧姆接触区108同时连接所述发射区107和所述P阱106。

步骤十二、如图2所示，采用光刻刻蚀工艺在所述硅衬底101的背面形成多个第二深沟槽110，各所述第二深沟槽110的宽度小于各所述第一深沟槽的宽度，在纵向上各所述第二深沟槽110位于各所述第一深沟槽底部且和对应的所述第一深沟槽对齐，各所述第二深沟槽110不和其顶部的所述第一深沟槽相连接；所述第二深沟槽110在背面定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置。

步骤十三、如图2所示，在各所述第二深沟槽110中填充氧化硅层。

步骤十四、如图2所示，将所述硅衬底101翻转到背面并减薄到需要的厚度。采用背面P+注入在所述硅衬底101的背面表面中形成第二P+区111、采用背面N+注入在所述硅衬底101的背面表面中形成第二N+区112，所述第二P+区111和所述第二N+区112在所述硅衬底101的背面表面中交替排列，各所述第二P+区111位于所述多个IGBT元胞区域位置并作为对应的所述IGBT元胞的集电区，各所述第二N+区112位于所述多个FRD元胞区域位置并作为对应的所述FRD元胞的N型区112；在所述多个IGBT元胞区域位置中，由位于所述P阱106和所述第二P+区111之间的所述N型硅衬底101组成各所述IGBT元胞的漂移区；在所述多个FRD元胞区域位置中，由所述P型区、所述N型区112和位于所述P型区和所述N型区112之间的所述N型硅衬底101组成各所述FRD元胞。

步骤十五、如图2所示，对所述第二P+区111和所述第二N+区112进行电子辐照。所述电子辐照剂量控制为80KGY～200KGY。所述电子辐照是为了控制电子载流子寿命，使达到较快的反向恢复。

步骤十六、如图2所示，在所述硅衬底101的背面形成背面电极，该背面电极同时引出所述第二P+区111和所述第二N+区112。

以上通过具体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。

Claims (8)

1.一种嵌入FRD的IGBT器件，其特征在于：IGBT器件形成于N型硅衬底上并由多个IGBT元胞和多个FRD元胞交替排列形成；

在所述硅衬底的正面形成有多个局部场氧层，所述局部场氧层定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置，各所述IGBT元胞区域位置位于两相邻的所述局部场氧层之间，各所述FRD元胞区域位置位于各所述局部场氧层所覆盖区域；

在各所述局部场氧层底部的所述硅衬底中形成有第一P+区，所述第一P+区的顶部和所述局部场氧层的底部接触，该第一P+区组成对应的所述FRD元胞的P型区；

在各所述局部场氧层的两侧都分别形成有一个第一深沟槽，所述第一深沟槽的深度大于所述第一P+区的深度，所述第一深沟槽的一个侧面和对应的所述局部场氧层以及所述第一P+区接触，所述第一深沟槽的另一个侧面和位于各所述局部场氧层之间的所述N型硅衬底接触，所述第一深沟槽中的底部表面和侧面形成有栅介质层，在所述栅介质层上形成有将所述第一深沟槽完全填充的多晶硅栅，由填充于所述第一深沟槽中的所述多晶硅栅组成各所述IGBT元胞的沟槽栅；

在各相邻的两个所述局部场氧层中的所述硅衬底中形成有P阱，所述P阱的深度小于所述第一深沟槽的深度，各所述沟槽栅从一个侧面对所述P阱覆盖；

在各所述P阱的表面形成有第一N+区，由所述第一N+区组成各所述IGBT元胞的发射区，由被所述沟槽栅覆盖的所述P阱表面形成各所述IGBT元胞的沟道，所述沟道连接对应的所述发射区和所述P阱底部的所述N型硅衬底；

在所述第一P+区的上方形成有正面金属接触引出各所述FRD元胞的P型区，在所述发射区的上方形成有正面金属接触引出各所述IGBT元胞的发射区和所述P阱；

在所述硅衬底的背面形成有多个第二深沟槽，各所述第二深沟槽的宽度小于各所述第一深沟槽的宽度，在纵向上各所述第二深沟槽位于各所述第一深沟槽底部且和对应的所述第一深沟槽对齐，各所述第二深沟槽不和其顶部的所述第一深沟槽相连接，在各所述第二深沟槽中填充有氧化硅层，所述第二深沟槽在背面定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置；在所述硅衬底的背面表面中形成有交替排列的第二P+区和第二N+区，各所述第二P+区位于所述多个IGBT元胞区域位置并作为对应的所述IGBT元胞的集电区，各所述第二N+区位于所述多个FRD元胞区域位置 并作为对应的所述FRD元胞的N型区；

在所述多个IGBT元胞区域位置中，由位于所述P阱和所述第二P+区之间的所述N型硅衬底组成各所述IGBT元胞的漂移区；在所述多个FRD元胞区域位置中，由所述P型区、所述N型区和位于所述P型区和所述N型区之间的所述N型硅衬底组成各所述FRD元胞；

在所述硅衬底的背面形成有背面电极，该背面电极同时引出所述第二P+区和所述第二N+区。

2.如权利要求1所述的嵌入FRD的IGBT器件，其特征在于：在所述IGBT器件的周侧还形成有耐压环，该耐压环由围绕在所述IGBT器件的周侧的第三P+区组成，所述第三P+区的工艺条件和所述第一P+区的工艺条件相同。

3.如权利要求1所述的嵌入FRD的IGBT器件，其特征在于：所述第二P+区和所述第二N+区经过电子辐照处理。

4.一种嵌入FRD的IGBT器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在N型硅衬底正面表面形成第一氮化硅层，采用光刻工艺定义出局部场氧形成区域，将所述局部场氧形成区域内的所述第一氮化硅层去除、所述局部场氧形成区域外的所述第一氮化硅层保留；

步骤二、采用P型重掺杂离子注入工艺在所述局部场氧形成区域的所述硅衬底中形成第一P+区；

步骤三、对所述局部场氧形成区域的所述硅衬底进行场氧化并形成多个局部场氧层，去除所述第一氮化硅层；IGBT器件形成于所述硅衬底上并由多个IGBT元胞和多个FRD元胞交替排列形成，所述局部场氧层定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置，各所述IGBT元胞区域位置位于两相邻的所述局部场氧层之间，各所述FRD元胞区域位置位于各所述局部场氧层所覆盖区域；所述局部场氧层形成后，所述第一P+区位于所述局部场氧层底部、且所述第一P+区的顶部和所述局部场氧层的底部接触，所述第一P+区组成对应的所述FRD元胞的P型区；

步骤四、采用光刻刻蚀工艺在所述硅衬底正面形成多个第一深沟槽，在各所述局部场氧层的两侧都分别形成有一个所述第一深沟槽，所述第一深沟槽的深度大于所述第一P+区的深度，所述第一深沟槽的一个侧面和对应的所述局部场氧层以及所述第一P+区接触，所述第一深沟槽的另一个侧面和位于各所述局部场氧层之间的所述N型硅 衬底接触；

步骤五、在所述第一深沟槽中的底部表面和侧面形成栅介质层；

步骤六、采用多晶硅淀积工艺在所述栅介质层上形成多晶硅栅，所述多晶硅栅将所述第一深沟槽完全填充，由填充于所述第一深沟槽中的所述多晶硅栅组成各所述IGBT元胞的沟槽栅；

步骤七、采用P阱注入工艺在各相邻的两个所述局部场氧层中的所述硅衬底中形成P阱，所述P阱的深度小于所述第一深沟槽的深度，各所述沟槽栅从一个侧面对所述P阱覆盖；

步骤八、采用源注入工艺在各所述P阱的表面形成第一N+区，由所述第一N+区组成各所述IGBT元胞的发射区，由被所述沟槽栅覆盖的所述P阱表面形成各所述IGBT元胞的沟道，所述沟道连接对应的所述发射区和所述P阱底部的所述N型硅衬底；

步骤九、在形成所述第一N+区后，在所述硅衬底正面形成层间膜，所述层间膜将所述局部场氧层、所述沟槽栅和所述第一N+区覆盖；

步骤十、采用光刻刻蚀工艺在所述硅衬底正面形成正面接触孔，所述正面接触孔分别位于所述第一P+区和所述第一N+区上方并将所述第一P+区和所述第一N+区表面露出；

步骤十一、在所述正面接触孔底部进行P+注入并形成P+欧姆接触区；在所述正面接触孔中填充金属形成正面金属接触，在所述第一P+区的上方的所述正面金属接触引出各所述FRD元胞的P型区，在所述发射区的上方的所述正面金属接触引出各所述IGBT元胞的所述发射区和所述P阱；

步骤十二、采用光刻刻蚀工艺在所述硅衬底的背面形成多个第二深沟槽，各所述第二深沟槽的宽度小于各所述第一深沟槽的宽度，在纵向上各所述第二深沟槽位于各所述第一深沟槽底部且和对应的所述第一深沟槽对齐，各所述第二深沟槽不和其顶部的所述第一深沟槽相连接；所述第二深沟槽在背面定义出所述多个IGBT元胞区域位置和所述多个FRD元胞区域位置；

步骤十三、在各所述第二深沟槽中填充氧化硅层；

步骤十四、采用背面P+注入在所述硅衬底的背面表面中形成第二P+区、采用背面N+注入在所述硅衬底的背面表面中形成第二N+区，所述第二P+区和所述第二N+区在所述硅衬底的背面表面中交替排列，各所述第二P+区位于所述多个IGBT元胞区域 位置并作为对应的所述IGBT元胞的集电区，各所述第二N+区位于所述多个FRD元胞区域位置并作为对应的所述FRD元胞的N型区；在所述多个IGBT元胞区域位置中，由位于所述P阱和所述第二P+区之间的所述N型硅衬底组成各所述IGBT元胞的漂移区；在所述多个FRD元胞区域位置中，由所述P型区、所述N型区和位于所述P型区和所述N型区之间的所述N型硅衬底组成各所述FRD元胞；

步骤十五、对所述第二P+区和所述第二N+区进行电子辐照；

步骤十六、在所述硅衬底的背面形成背面电极，该背面电极同时引出所述第二P+区和所述第二N+区。

5.如权利要求4所述方法，其特征在于：在所述IGBT器件的周侧还形成有耐压环，该耐压环由围绕在所述IGBT器件的周侧的第三P+区组成，所述第三P+区的工艺条件和所述第一P+区的工艺条件相同，在步骤一中包括形成由所述第一氮化硅层刻蚀后定义出所述第三P+区的步骤，在步骤二中采用同一P型重掺杂离子注入同时形成所述第一P+区和所述第三P+区。

6.如权利要求4所述方法，其特征在于：所述局部场氧层的厚度为1μm～2μm。

7.如权利要求4所述方法，其特征在于：所述第一深沟槽的深度为5μm～9μm。

8.如权利要求4所述方法，其特征在于：所述电子辐照剂量控制为80KGY～200KGY。