CN115274840A - 一种rc-igbt器件结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种RC‑IGBT器件结构及其制备方法，该结构中包括有IGBT部分和二极管部分，其中，IGBT部分中包括有顶部金属区与所述N++区和P++区欧姆接触的结构，二极管部分包括有顶部金属区与所述N‑区肖特基接触的结构。本发明将PN结二极管替换成肖特基二极管，从而正向压降Vf可降低，反向恢复电流也会变小；进一步的，在沟槽区底部注入P型杂质，这样反向电压时，此P型层的耗尽层扩展，并且相邻沟槽区底部的P型耗尽层合并到一起，从而将肖特基结保护起来，达到抑制反向漏电流的目的，本发明制备的RC‑IGBT器件结构既可以实现二极管续流时低损耗，也可以降低IGBT的开关损耗。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制备技术领域，具体涉及一种RC-IGBT器件结构及其制备方法。
背景技术
在电力电子行业的发展过程中，半导体技术起到了决定性作用。其中，功率半导体器件一直被认为是电力电子设备的关键组成部分。随着电力电子技术在工业、医疗、交通、消费等行业的广泛应用，功率半导体器件直接影响着这些电力电子设备的成本和效率。
RC-IGBT器件是将IGBT和Diode二极管集成在一起后形成的集成器件。目前的RC-IGBT器件需要二极管Vf越小越好，但是现有技术一般是在RC-IGBT中集成普通PN结二极管，Vf偏大，另外反向恢复电流也偏大，因此，现有的RC-IGBT器件不能满足二极管的Vf的要求。
因此，有必要研究出新的制备方案来得到RC-IGBT器件结构，从而进一步降低二极管的Vf值。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种RC-IGBT器件结构及其制备方法，能够进一步降低RC-IGBT器件结构中二极管的Vf值。
为了实现上述目的，本发明提供了一种RC-IGBT器件结构，包括：IGBT部分和二极管部分，其中：
IGBT部分包括自底而上的背面金属区、P-区、N-buffer区、N-区，位于N-区上方的多个P型区，位于所述多个P型区上方的多个Poly区，位于所述任意两个Poly区之间的P阱区、位于所述P阱区上方的N++区，位于P阱区中部沟槽内的P++区，位于所述Poly区上方的氧化区，位于所述氧化区上方的顶部金属区，且所述顶部金属区与所述N++区和P++区欧姆接触；
二极管部分包括自底而上的背面金属区、N+区、N-buffer区、N-区，位于N-区上方的多个P型区，位于所述多个P型区上方的多个Poly区，位于所述Poly区上方的氧化区，位于所述氧化区上方的顶部金属区，且所述顶部金属区与所述N-区肖特基接触。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种制备方法，用于制备上述的RC-IGBT器件结构，所述制备方法包括如下步骤：
S1、在所述IGBT部分和二极管部分中的N-衬底上部均注入氧化物形成氧化区，间隔刻蚀所述氧化区后形成多个沟槽区，并在所述多个沟槽区底部注入P型杂质形成P型区；
S2、在所述IGBT部分和二极管部分中的所述多个沟槽区注入多晶硅后形成Poly区，在二极管部分中的Poly区上方注入光阻带，注入P型杂质，在所述IGBT部分中形成P阱区；
S3、在所述IGBT部分中的Poly区上方注入部分光阻带，注入N型杂质，在IGBT部分中形成有源N++区；
S4、在钝化氧化区沉积后，制作接触通孔，通过图形阻挡，只在IGBT 部分的接触通孔注入P型重掺杂形成P++区；
S5、移除图形阻挡，接触通孔中沉积金属与硅表面形成硅化物金属，其中，IGBT部分的硅化物与重掺杂区接触形成欧姆接触，二极管部分的硅化物与N型衬底形成肖特基接触；
S6、开始背面工艺，晶圆先减薄到所需厚度，制作N-buffer区、N+区和P-区，最终背面金属沉积，得到所述RC-IGBT器件结构。
优选的，在所述步骤S1中：仅在二极管部分的沟槽区底部注入P型杂质。
优选的，在所述步骤S6中，如果所述N-衬底为外延衬底，则N-buffer区已经原位做好，仅注入P-空穴注入层，再图形制作N+注入；如果所述N-衬底为非外延衬底，先注入N-buffer区，再注入P-空穴注入层，以及图形制作N+注入。
采用上述实施例的有益效果是：
本发明将PN结二极管替换成肖特基二极管，从而正向压降Vf可降低，反向恢复电流也会变小；进一步的，在沟槽区底部注入P型杂质，这样反向电压时，此P型层的耗尽层扩展，并且相邻沟槽区底部的P型耗尽层合并到一起，从而将肖特基结保护起来，达到抑制反向漏电流的目的，本发明制备的RC-IGBT器件结构既可以实现二极管续流时低损耗，也可以降低IGBT的开关损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的RC-IGBT器件结构制备方法中步骤S1执行后RC-IGBT器件结构一实施例的结构变化示意图；
图2为本发明提供的RC-IGBT器件结构制备方法中步骤S2执行后RC-IGBT器件结构一实施例的结构变化示意图；
图3为本发明提供的RC-IGBT器件结构制备方法中步骤S3执行后RC-IGBT器件结构一实施例的结构变化示意图；
图4为本发明提供的RC-IGBT器件结构制备方法中步骤S4执行后RC-IGBT器件结构一实施例的结构变化示意图；
图5为本发明提供的RC-IGBT器件结构制备方法中步骤S5执行后RC-IGBT器件结构一实施例的结构变化示意图；
图6为本发明提供的RC-IGBT器件结构制备方法中步骤S6执行后RC-IGBT器件结构一实施例的结构变化示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有技术中，本发明提供了一种RC-IGBT器件结构，请参阅图6，此图6为本发明提供的RC-IGBT器件结构的一个实施例附图。
具体的，该RC-IGBT器件结构，包括：IGBT部分10和二极管部分20，其中：
IGBT部分10包括自底而上的背面金属区111、P-区1013、N-buffer区102、N-区1011，位于N-区1011上方的多个P型区104，位于所述多个P型区104上方的多个Poly区106，位于所述任意两个Poly区106之间的P阱区107、位于所述P阱区107上方的N++区108，位于P阱区107中部沟槽内的P++区109，位于所述Poly区106上方的氧化区102，位于所述氧化区102上方的顶部金属区110，且所述顶部金属区110与所述N++区108和P++区109欧姆接触；
二极管部分20包括自底而上的背面金属区111、N+区1014、N-buffer区102、N-区1011，位于N-区1011上方的多个P型区104，位于所述多个P型区104上方的多个Poly区106，位于所述Poly区106上方的氧化区102，位于所述氧化区102上方的顶部金属区110，且所述顶部金属区110与所述N-区1011肖特基接触。
需要说明的是，IGBT部分10和二极管部分20中的背面金属区111、N-buffer区102和N-区1011均是一个整体，而区分IGBT部分10和二极管部分20的核心在于：IGBT部分10包括P-区1013，而二极管部分20包括N+区1014，即通过P-区1013和N+区1014分别上下延伸的部分来区分两者。
本发明将PN结二极管替换成肖特基二极管，从而正向压降Vf可降低，反向恢复电流也会变小；进一步的，在沟槽区103底部注入P型杂质，这样反向电压时，此P型层的耗尽层扩展，并且相邻沟槽区103底部的P型耗尽层合并到一起，从而将肖特基结保护起来，达到抑制反向漏电流的目的，本发明制备的RC-IGBT器件结构既可以实现二极管续流时低损耗，也可以降低IGBT的开关损耗。
为了制备该RC-IGBT器件结构，在本发明的实施例中，请参阅图1-6，本发明还提供了一种RC-IGBT器件结构制备方法，此方法用于减小RC-IGBT集成二极管正向开启的压降及反向恢复电流大小，有利于IGBT降低总体功耗，适用于trench沟槽栅IGBT，其包括如下步骤：
S1、在所述IGBT部分和二极管部分中的N-衬底101上部均注入氧化物形成氧化区102，间隔刻蚀所述氧化区102后形成多个沟槽区103，并在所述多个沟槽区103底部注入P型杂质形成P型区104，具体请参阅图1，氧化物可以选择二氧化硅，在此步骤中，实际上还并未区别IGBT部分和二极管部分；
S2、在所述IGBT部分和二极管部分中的所述多个沟槽区103注入多晶硅后形成Poly区106，在二极管部分中的Poly区106上方注入光阻带105，注入P型杂质，在所述IGBT部分中形成P阱区107，具体请参阅图2，光阻带105可以是光刻胶，其能够阻挡P型离子的注入，从而区分出IGBT部分和二极管部分；需要说明的是，在沟槽区底部注入P型杂质，这样反向电压时，此P型层的耗尽层扩展，并且相邻沟槽区底部的P型耗尽层合并到一起，从而将肖特基结保护起来，达到抑制反向漏电流的目的；
S3、在所述IGBT部分中的Poly区106上方注入部分光阻带105，注入N型杂质，在IGBT部分中形成有源N++区108，具体请参阅图3，可见，位于所述多个P型区104上方包括多个Poly区106，位于所述任意两个Poly区106之间包括P阱区107、位于所述P阱区107上方包括N++区108；
S4、在钝化氧化区102沉积后，制作接触通孔，通过图形阻挡，只在IGBT 部分的接触通孔注入P型重掺杂形成P++区109，具体请参阅图4，通过P型重掺杂使得浓度较大的P++区位于P阱区107的中部沟槽内；
S5、移除图形阻挡，接触通孔中沉积金属与硅表面形成硅化物金属，其中，IGBT部分的硅化物与重掺杂区接触形成欧姆接触，二极管部分的硅化物与N型衬底形成肖特基接触，具体请参阅图5，可见，通过在IGBT部分的顶部金属区110与所述N++区108和P++区109欧姆接触，且通过二极管中的所述顶部金属区110与所述N-区1011肖特基接触，能够使得正向压降Vf进一步降低，反向恢复电流也会变小；
S6、开始背面工艺，晶圆先减薄到所需厚度，制作N-buffer区102、N+区1014和P-区1013，最终背面金属沉积，得到所述RC-IGBT器件结构，具体请参阅图6。
作为优选的实施例，在所述步骤S1中：仅在二极管部分的沟槽区103底部注入P型杂质。
作为优选的实施例，在所述步骤S6中，如果所述N-衬底101为外延衬底，则N-buffer区102已经原位做好，仅注入P-空穴注入层，再图形制作N+注入；如果所述N-衬底101为非外延衬底，先注入N-buffer区102，再注入P-空穴注入层，以及图形制作N+注入。
综上所述，本发明将PN结二极管替换成肖特基二极管，从而正向压降Vf可降低，反向恢复电流也会变小；进一步的，在沟槽区底部注入P型杂质，这样反向电压时，此P型层的耗尽层扩展，并且相邻沟槽区底部的P型耗尽层合并到一起，从而将肖特基结保护起来，达到抑制反向漏电流的目的，本发明制备的RC-IGBT器件结构既可以实现二极管续流时低损耗，也可以降低IGBT的开关损耗。
以上对本发明所提供的RC-IGBT器件结构及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种RC-IGBT器件结构，其特征在于，包括：IGBT部分和二极管部分，其中：
IGBT部分包括自底而上的背面金属区、P-区、N-buffer区、N-区，位于N-区上方的多个P型区，位于所述多个P型区上方的多个Poly区，位于任意两个Poly区之间的P阱区、位于所述P阱区上方的N++区，位于P阱区中部沟槽内的P++区，位于所述Poly区上方的氧化区，位于所述氧化区上方的顶部金属区，且所述顶部金属区与所述N++区和P++区欧姆接触；
二极管部分包括自底而上的背面金属区、N+区、N-buffer区、N-区，位于N-区上方的多个P型区，位于所述多个P型区上方的多个Poly区，位于所述Poly区上方的氧化区，位于所述氧化区上方的顶部金属区，且所述顶部金属区与所述N-区肖特基接触。
2.一种制备方法，用于制备如权利要求1所述的RC-IGBT器件结构，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、在所述IGBT部分和二极管部分中的N-衬底上部均注入氧化物形成氧化区，间隔刻蚀所述氧化区后形成多个沟槽区，并在所述多个沟槽区底部注入P型杂质形成P型区；
S2、在所述IGBT部分和二极管部分中的所述多个沟槽区注入多晶硅后形成Poly区，在二极管部分中的Poly区上方注入光阻带，注入P型杂质，在所述IGBT部分中形成P阱区；
S3、在所述IGBT部分中的Poly区上方注入部分光阻带，注入N型杂质，在IGBT部分中形成有源N++区；
S4、在钝化氧化区沉积后，制作接触通孔，通过图形阻挡，只在IGBT 部分的接触通孔注入P型重掺杂形成P++区；
S5、移除图形阻挡，接触通孔中沉积金属与硅表面形成硅化物金属，其中，IGBT部分的硅化物与重掺杂区接触形成欧姆接触，二极管部分的硅化物与N型衬底形成肖特基接触；
S6、开始背面工艺，晶圆先减薄到所需厚度，制作N-buffer区、N+区和P-区，最终背面金属沉积，得到所述RC-IGBT器件结构。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中：
仅在二极管部分的沟槽区底部注入P型杂质。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S6中，如果所述N-衬底为外延衬底，则N-buffer区已经原位做好，仅注入P-空穴注入层，再图形制作N+注入；如果所述N-衬底为非外延衬底，先注入N-buffer区，再注入P-空穴注入层，以及图形制作N+注入。
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