CN109830531A

CN109830531A - Rc-igbt器件及其制造方法

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Publication number: CN109830531A
Application number: CN201910034228.5A
Authority: CN
Inventors: 潘嘉; 杨继业; 邢军军; 张须坤
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明公开了一种RC‑IGBT器件，该RC‑IGBT正面形成该器件各功能区，该RC‑IGBT背面形成的集电区呈矩阵排布，RC‑IGBT背面还设有促使IGBT进入电导调制状态的引导区，引导区所处位置不存在集电区。本发明还公开了一种RC‑IGBT器件制造方法。本发明在RC‑IGBT器件的N集电区版图设计加入了引导区结构，能引导IGBT尽快进入IGBT电导调制状态，能消除RC‑IGBT通态压降的snapback现象，对RC‑IGBT性能有较大提升。

Description

RC-IGBT器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种RC-IGBT器件。本发明还涉及一种RC-IGBT器件的制造方法。

背景技术

传统的IGBT在产品应用时需要反并联一颗快恢复二极管，这颗二极管的作用主要是用于续流，并且IGBT在应用时电路中往往存在感性负载，自感会导致IGBT在器件关断瞬间出现额外的自感电压，对IGBT存在破坏，FRD可以将此自感电压短路，起到对IGBT的保护作用。而为了适应不同电路的需要，逆导型绝缘栅双极晶体管(RC IGBT)作为一个极具潜力的替代器件应运而生。相比传统IGBT器件，不仅在模块面积上有了相当大尺寸缩小，而且在性能上的优势也是非常明显。

虽然RC IGBT有诸多的优势，但是该器件的缺点也同样是非常明显的，其中最主要的问题是IGBT通态压降的折回现象(snapback)。RC IGBT其实是将FRD和IGBT结合成一颗芯片。RC IGBT最大的差别是在背面阳极侧，不是连续的P集电区域，而且由N集电区和P集电区间隔排布。当IGBT承受反向耐压时，FRD导通，这是其被称之为逆导的原因。当器件在导通的初期，导通压降VCESAT随着电流的增加，快速的增加，接近于VDMOS的特性，而当电压超过特定值Vp(有时会简写成Vsp)时，随着电流密度的增加又急剧下降，从测试曲线上看，有一段很大的负阻区，这是IGBT最主要的snapback现象。通态压降折回这一现象产生的原因是因为器件背面引入了N集电区，P集电区和N集电区被同一块金属短路，在器件刚刚导通时，器件处于单极导通状态，整个器件工作在VDMOS的状态，电子从沟道注入到N-漂移区，再到N+缓冲区，然后直接从N集电极区流出。见图1、2所示，当电子到达P+集电区上方时，会横向流动，直至从N+集电极流出。由于a、b、c、d、e、f的电位是不同的，a点的点位最高，因此，IGBT会最先在a点位置导通，然后慢慢向N型集电极区域扩展，顺序依次是b、c、d、e、f，当f点位IGBT导通后，那IGBT器件就进入全导通状态，因此，是局部电流的不均匀导致了IGBT的压降折回。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能减少通态压降的snapback现象的RC IGBT结构。

本发明还提供了一种所述RC IGBT结构的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的RC-IGBT器件，该RC-IGBT正面形成该器件各功能区，其中，该RC-IGBT背面形成的集电区呈矩阵排布，RC-IGBT背面还设有促使IGBT进入电导调制状态的引导区，引导区所处位置不存在集电区。

进一步改进所述的RC-IGBT器件，所述引导区是N型掺杂。

进一步改进所述的RC-IGBT器件，所述引导区位于该RC-IGBT背面图形的几何中心。

进一步改进所述的RC-IGBT器件，所述引导区面积为该RC-IGBT器件背面总面积的5％-20％。

进一步改进所述的RC-IGBT器件，所述引导区的图形为圆形。

本发明提供一种上述任意一项所述RC-IGBT器件制造方法，包括以下步骤：

1)在多晶硅衬底正面制造沟槽栅极MOS结构制作

2)多晶硅衬底正面结构金属化；

3)多晶硅衬底正面bongding形成保护结构并在多晶硅衬底背面执行减薄BG；

4)多晶硅衬底背面进行光刻定义并进行第一次离子注入形成引导区；

5)去除保护结构；

6)多晶硅衬底背面分别光刻定义进行第二次离子注入形成缓冲层；

7)多晶硅衬底背面光刻定义集电区，进行第三次离子注入形成集电区；

8)快速热退火RTA；

9)多晶硅衬底背面结构金属化。

进一步改进所述RC-IGBT器件制造方法，实施步骤2)时，采用玻璃基板形成保护结构。

进一步改进所述RC-IGBT器件制造方法，实施步骤4)时，第一次离子注入N型离子。

进一步改进所述RC-IGBT器件制造方法，实施步骤4)时，第一次离子注入N型离子剂量为5E14-2E15。

进一步改进所述RC-IGBT器件制造方法，实施步骤4)时,将引导区注入窗口定义位于该RC-IGBT背面图形的几何中心。

进一步改进所述RC-IGBT器件制造方法，实施步骤4)时,定义引导区注入窗口面积占该RC-IGBT器件背面总面积的5％-20％。

进一步改进所述RC-IGBT器件制造方法，实施步骤4)时，定义引导区注入窗口为圆形。

进一步改进所述RC-IGBT器件制造方法，实施步骤6)时，第二次离子注入N型离子。

进一步改进所述RC-IGBT器件制造方法，实施步骤6)时，第二次离子注入N型离子剂量为1E11～5E15。

进一步改进所述RC-IGBT器件制造方法，实施步骤7)时，第三次离子注入P型离子。

进一步改进所述RC-IGBT器件制造方法，实施步骤7)时，第三次离子注入P型离子剂量为1E11～5E15。

本发明在RC-IGBT器件的N集电区版图设计加入了引导区结构。参考图4所示，在引导区域不做N集电区注入，主要目的是引导IGBT尽快进入IGBT电导调制状态，引导区域应尽可能等距规则排布，这样可以使IGBT的电流分布更均匀。本发明加入引导区的RC-IGBT消除了通态压降的snapback现象，对RC-IGBT性能有较大提升。

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RC-IGBT示意图一。

图2是现有RC-IGBT示意图二。

图3是一种现有bongding结构示意图。

图4是本发明RC-IGBT背面结构示意图。

图5是本发明RC-IGBT制造方法流程示意图。

具体实施方式

本发明提供的RC-IGBT器件第一实施例，该RC-IGBT正面形成该器件各功能区；该RC-IGBT背面形成的集电区呈矩阵排布，RC-IGBT背面还设有促使IGBT进入电导调制状态的引导区，引导区所处位置不存在集电区，所述引导区是N型掺杂。

本发明提供的RC-IGBT器件第二实施例，该RC-IGBT正面形成该器件各功能区；参考图4所示，该RC-IGBT背面形成的集电区呈矩阵排布，RC-IGBT背面还设有促使IGBT进入电导调制状态的N型引导区。N型引导区所处位置不存在集电区，该N型引导区版图采用圆形，N型引导区面积为该RC-IGBT器件背面总面积的5％-20％，并且位于该RC-IGBT背面图形的几何中心。

如图5所示，本发明提供一种所述RC-IGBT器件制造方法第一实施例，包括以下步骤：

1)在多晶硅衬底(N型轻掺杂衬底)正面制造沟槽栅极MOS结构制作

2)多晶硅衬底正面结构金属化；

5)去除保护结构；

8)快速热退火RTA；

9)多晶硅衬底背面结构金属化。

本发明提供一种所述RC-IGBT器件制造方法第二实施例，包括以下步骤：

1)在多晶硅衬底正面制造沟槽栅极MOS结构制作

2)多晶硅衬底正面结构金属化；

3)多晶硅衬底正面执行bongding形成保护结构并在多晶硅衬底背面执行减薄BG；

衬底正面bongding采用现有技术中任意可实施工艺。参考图3所示，一种现有bongding形成的保护结构，主要包括：通过粘合层Tape将玻璃基板(作为硬衬底)bongding在多晶硅衬底正面。

本发明中的玻璃基板可以是具有以下组成范围的任何厚度的玻璃片，以玻璃的总重量的重量百分比表示。

4)多晶硅衬底背面进行光刻定义并进行第一次离子注入形成引导区(集电极短路区)；第一次离子注入采用N型掺杂注入剂量为5E14-2E15；

参考图4所示，引导区所处位置不存在集电区，该引导区版图采用圆形，引导区面积为该RC-IGBT器件背面总面积的5％-20％，并且位于该RC-IGBT背面图形的几何中心。

5)去除步骤3)中保护结构；比如，通过热处理使玻璃基板、粘合层Tape和晶圆分离，即去除保护结构。

6)多晶硅衬底背面光刻定义进行第二次离子注入形成缓冲层；第二次离子注入采用N型掺杂注入剂量为1E11～5E15。

7)多晶硅衬底背面光刻定义集电区，进行第三次离子注入集电区；第三次离子注入采用P型掺杂注入剂量为1E11～5E15。

8)快速热退火(RTA)；

9)多晶硅衬底背面结构金属化。

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

1.一种RC-IGBT器件，该RC-IGBT正面形成该器件各功能区，其特征在于：该RC-IGBT背面形成的集电区呈矩阵排布，RC-IGBT背面还设有促使IGBT进入电导调制状态的引导区，引导区所处位置不存在集电区。

2.如权利要求1所述的RC-IGBT器件，其特征在于：所述引导区是N型掺杂。

3.如权利要求2所述的RC-IGBT器件，其特征在于：所述引导区位于该RC-IGBT背面图形的几何中心。

4.如权利要求2所述的RC-IGBT器件，其特征在于：所述引导区面积为该RC-IGBT器件背面总面积的5％-20％。

5.如权利要求4所述的RC-IGBT器件，其特征在于：所述引导区的图形为圆形。

6.一种权利要求1-5任意一项所述RC-IGBT器件制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在多晶硅衬底正面制造沟槽栅极MOS结构制作

2)多晶硅衬底正面结构金属化；

3)多晶硅衬底正面bongding形成保护结构并在多晶硅衬底背面执行减薄(BG)；

5)去除保护结构；

8)快速热退火(RTA)；

9)多晶硅衬底背面结构金属化。

7.如权利要求6所述RC-IGBT器件制造方法，其特征在于：实施步骤2)时，采用玻璃基板形成保护结构。

8.如权利要求6所述RC-IGBT器件制造方法，其特征在于:实施步骤4)时，第一次离子注入N型离子。

9.如权利要求8所述RC-IGBT器件制造方法，其特征在于:实施步骤4)时，第一次离子注入N型离子剂量为5E14-2E15。

10.如权利要求6所述RC-IGBT器件制造方法，其特征在于:实施步骤4)时,将引导区注入窗口定义位于该RC-IGBT背面图形的几何中心。

11.如权利要求10所述RC-IGBT器件制造方法，其特征在于:实施步骤4)时,定义引导区注入窗口面积占该RC-IGBT器件背面总面积的5％-20％。

12.如权利要求111所述RC-IGBT器件制造方法，其特征在于:实施步骤4)时，定义引导区注入窗口为圆形。

13.如权利要求6所述RC-IGBT器件制造方法，其特征在于:实施步骤6)时，第二次离子注入N型离子。

14.如权利要求13所述RC-IGBT器件制造方法，其特征在于:实施步骤6)时，第二次离子注入N型离子剂量为1E11～5E15。

15.如权利要求6所述RC-IGBT器件制造方法，其特征在于:实施步骤7)时，第三次离子注入P型离子。

16.如权利要求15所述RC-IGBT器件制造方法，其特征在于:实施步骤7)时，第三次离子注入P型离子剂量为1E11～5E15。