CN109817707A - Rc-igbt结构及其制造方法 - Google Patents

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蒋章
刘须电
缪进征
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Abstract

本发明公开了一种RC‑IGBT结构，包括背面金属电极上形成集电极，集电极上形成缓冲层，缓冲层上形成漂移区，漂移区上形成体区，沟槽设置在体区和漂移区中，沟槽两侧的体区中形成发射极，沟槽内壁形成有栅氧化层，栅氧化层内形成多晶硅栅极，层间介质设置在沟槽上的正面金属电极中；背面金属电极上形成多个短路点，该短路点穿过集电极延伸达到缓冲层中。本发明还公开了一种所述RC‑IGBT结构的制造方法。本发明在到现有RC‑IGBT结构功能同时能降低RC‑IGBT结构生产成本。

Description

RC-IGBT结构及其制造方法
技术领域
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-Gate Bipolar Transistor—IGBT)综合了电力晶体管(Giant Transistor—GTR)和电力场效应晶体管(Power MOSFET)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(trench gate)和场截止(Field Stop)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。
发明内容
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Al spiking)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。

Claims (13)

1.一种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；其特征在于：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。
2.如权利要求1所述的RC-IGBT结构，其特征在于：所述短路点是背面金属电极(4.1)上形成的凸部(8’)。
3.如权利要求1所述的RC-IGBT结构，其特征在于：所述发射极(5)是N型重掺杂区。
4.如权利要求1所述的RC-IGBT结构，其特征在于：所述体区(6)是P型体区。
5.如权利要求1所述的RC-IGBT结构，其特征在于：所述漂移区(7)是N型轻掺杂区。
6.如权利要求2所述的RC-IGBT结构，其特征在于：所述背面金属电极(4)是铝。
7.如权利要求6所述的RC-IGBT结构，其特征在于：所述凸部(8’)是铝尖峰。
8.一种RC-IGBT结构制造方法，包括制造RC-IGBT正面结构，其特征在于：在制造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。
9.如权利要求8所述的RC-IGBT结构制造方法，其特征在于：所述短路点是背面金属上形成的凸部(8’)。
10.如权利要求8所述的RC-IGBT结构制造方法，其特征在于：所述背面金属是铝。
11.如权利要求10所述的RC-IGBT结构制造方法，其特征在于：所述凸部(8’)是铝尖峰。
12.如权利要求10所述的RC-IGBT结构制造方法，其特征在于：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。
13.如权利要求12所述的RC-IGBT结构制造方法，其特征在于：所述热处理步骤的温度为450摄氏度,时间为60min，氛围为N2。
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