CN117766575A - 一种可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体功率器件领域，具体说是一种可以抑制Snapback现象的RC‑IGBT结构。它包括第一导电类型的半导体衬底，半导体衬底的正面有元胞区。其特点是，所述半导体衬底背面的缓冲层上沿半导体衬底的横向均布有腐蚀沟槽，腐蚀沟槽呈等腰梯形，且其底部宽度大于顶部宽度，相邻两个腐蚀沟槽间的半导体衬底底部均注入有第一导电类型的二极管阳极区。所述腐蚀沟槽的侧壁和槽底上均注入有第二导电类型的集电区；所述腐蚀沟槽内和二极管阳极区底部均积淀有背面金属。该IGBT的可靠性高，工作稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件领域，具体说是一种可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构。
背景技术
逆导型绝缘栅双极型晶体管(Reverse Conducting-Insulator Gate BipolarTransistors，是RC-IGBT将绝缘栅双极型晶体管(Insulator Gate Bipolar Transistors，即IGBT)与快恢复二极管(Fast Recovery Diode，即FRD)集成在单个芯片上，可以缩小绝缘栅双极型晶体管的应用面积，降低应用成本。然而RC-IGBT由于阳极N+注入导致IGBT中存在寄生MOSFET，使得器件输出曲线存在Snapback现象，这种现象会导致器件漂移区电流不均，带来器件可靠性问题，并且影响器件在并联电路中的使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构，该IGBT的可靠性高，工作稳定性好。
为解决上述问题，提供以下技术方案：
本发明的可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构包括第一导电类型的半导体衬底，半导体衬底的正面有元胞区。其特点是，所述半导体衬底背面的缓冲层上沿半导体衬底的横向均布有腐蚀沟槽，腐蚀沟槽呈等腰梯形，且其底部宽度大于顶部宽度，相邻两个腐蚀沟槽间的半导体衬底底部均注入有第一导电类型的二极管阳极区。所述腐蚀沟槽的侧壁和槽底上均注入有第二导电类型的集电区；所述腐蚀沟槽内和二极管阳极区底部均积淀有背面金属。
其中，所述腐蚀沟槽槽底的那段集电区顶部到缓冲层顶部间距离大于2μm。
所述元胞区中有栅控元胞和非栅控元胞，且栅控元胞至少有一个。
所述栅控元胞包含沟槽，沟槽的侧壁上生长有栅极氧化层，沟槽内填充有多晶硅，沟槽两侧有发射极接触孔和第一离子注入区，第一离子注入区包含第一导电类型源区离子注入和第二导电类型基区离子注入。
所述非栅控元胞包括沟槽，沟槽的侧壁上生长有栅极氧化层，沟槽内填充有多晶硅，沟槽两侧有发射极接触孔和第二离子注入区，第二离子注入区包含第二导电类型基区离子注入。
上述可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步，在半导体衬底加工出正面结构。
第二步，将半导体衬底减薄至外延材料EP1剩余适当厚度(这里适当厚度是多少)。
第三步，在半导体衬底的背面进行第一导电类型的离子注入。
第四步，光刻形成二极管阳极区图案，光刻胶覆盖二极管阳极区。
第五步，腐蚀出腐蚀沟槽。
第六步，在沟槽的侧壁和槽底进行第二导电类型的离子注入。
第七步，去除二极管阳极区底部的光刻胶。
第八步，积淀形成背面金属即可。
采取以上方案，具有以下优点：
由于本发明的可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构的半导体衬底背面的缓冲层上沿半导体衬底的横向均布有腐蚀沟槽，腐蚀沟槽呈等腰梯形，且其底部宽度大于顶部宽度，相邻两个腐蚀沟槽间的半导体衬底底部均注入有第一导电类型的二极管阳极区，腐蚀沟槽的侧壁和槽底上均注入有第二导电类型的集电区，半导体沟槽内和二极管阳极区底部均积淀有背面金属。这种IGBT结构的背面腐蚀有一定角度的深槽，在未腐蚀区域即IGBT背面表面注入形成第一导电类型的二极管阳极区，在深槽与深槽侧壁中进行注入形成第二导电类型的集电区，以此扩大第二导电类型的注入面积，增长电子到达二极管阳极区的流通路径，减少电子到达二极管阳极区的数量，从而提高IGBT导通特性，抑制器件单极导通模式，减轻并消除RC-IGBT Snapback现象，确保器件在使用过程中的稳定性。
附图说明
图1是本发明的可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构的结构示意图；
图2是实施例中RC-IGBT结构在完成加工第一步后的结构示意图；
图3是实施例中RC-IGBT结构在完成加工第二步后的结构示意图；
图4是实施例中RC-IGBT结构在完成加工第三步后的结构示意图；
图5是实施例中RC-IGBT结构在完成加工第四步后的结构示意图；
图6是实施例中RC-IGBT结构在完成加工第五步后的结构示意图；
图7是实施例中RC-IGBT结构在完成加工第六步后的结构示意图；
图8是实施例中RC-IGBT结构在完成加工第七步后的结构示意图；
图9是实施例中RC-IGBT结构在完成加工第八步后的结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图1-9和实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，所述的“第一导电类型”和“第二导电类型”两者中，对于N型屏蔽栅IGBT器件，第一导电类型指N型，第二导电类型为P型；对于P型RC-IGBT器件，第一导电类型与第二导电类型所指的类型与N型半导体器件正好相反。以下均以N型的RC-IGBT器件为例结合附图1-9对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构包括N型的半导体衬底，半导体衬底的正面有元胞区。元胞区中有栅控元胞和非栅控元胞，且栅控元胞至少有一个。
如图1所示，栅控元胞11包含位于半导体衬底正面漂移区104的沟槽103，沟槽103的侧壁上生长有栅极氧化层，沟槽内填充有多晶硅，沟槽两侧有发射极接触孔105和第一离子注入区，第一离子注入区包含第一导电类型源区离子注入和第二导电类型基区离子注入。本实施例中，第一导电类型源区离子注入为N+发射区101，第二导电类型基区离子注入为P基区102。P基区102的深度大于N+发射区101的深度，发射极接触孔105贯穿N+发射区101，发射极接触孔105的深度小于P基区102的深度。
如图1所示，非栅控元胞12包括位于半导体衬底正面漂移区104的沟槽110，沟槽110的侧壁上生长有栅极氧化层，沟槽内填充有多晶硅，沟槽两侧有发射极接触孔105和第二离子注入区，第二离子注入区包含第二导电类型基区离子注入。本实施例中，第二导电类型基区离子注入为P基区102。
如图1所示，半导体衬底背面的缓冲层上沿半导体衬底的横向均布有腐蚀沟槽108，腐蚀沟槽108呈等腰梯形，且其底部宽度大于顶部宽度，相邻两个腐蚀沟槽间的半导体衬底底部均注入有第一导电类型的二极管阳极区。腐蚀沟槽108的侧壁和槽底上均注入有第二导电类型的集电区。腐蚀沟槽108内和二极管阳极区底部均积淀有背面金属。腐蚀沟槽槽底的那段集电区顶部到缓冲层顶部间距离大于2μm。本实施例中，缓冲层为N缓冲层106，第一导电类型的二极管阳极区为N注入形成的N+区109，第二导电类型的集电区为P注入形成的P+集电区107。
如图1所示，N缓冲层106顶部与P+集电区107平面位置结深距离为D2，D2为常规缓冲层深度，大于2um，保证充分截止IGBT扩展电场。腐蚀沟槽108深度为D1，角度为T1，N+区109宽度为W1，可以通过D1调节控制电子到达N+区109的路径，通过W1和T1的调节控制电子到达N+区109的数量，以及通过D1、W1和T1三种参数的相互配合调整P+集电区107的空穴注入，该背面结构不仅可以抑制器件单极导通模式，减轻并消除RC-IGBT Snapback现象的作用，还可以提升IGBT导通性能，调控FRD反向恢复参数等。
上述可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步，在半导体衬底加工出正面结构，如图2所示。正面结构的具体加工过程属于公知常识，这里不在赘述。
第二步，将半导体衬底减薄至外延材料EP1剩余适当厚度，如图3所示。具体厚度属于公知常识，这里不在赘述。
第三步，在半导体衬底的背面进行N+离子注入，如图4。
第四步，光刻形成二极管阳极区图案，光刻胶覆盖二极管阳极区，如图5所示。
第五步，腐蚀出腐蚀沟槽，如图6所示。
第六步，在沟槽的侧壁和槽底进行P+离子注入，如图7所示。
第七步，去除二极管阳极区底部的光刻胶，如图8所示。
第八步，通过蒸镀工艺在积淀形成背面金属即可，如图9所示。
本发明可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构相比于传统RC-IGBT，改进了背面结构，通过在IGBT背面腐蚀有一定角度的深槽，在未腐蚀区域即IGBT背面表面进行阳极N+注入，在深槽与深槽侧壁中进行发射极P+注入，以此扩大P+注入面积，增长电子到达阳极N+区域的流通路径，减少电子到达阳极N+区域的数量，从而提高IGBT导通特性，抑制器件单极导通模式，减轻并消除RC-IGBT Snapback现象。而且，本发明相比于传统RC-IGBT，背面制造成本低，无需进行高能离子注入，以及无需使用超薄晶圆研磨设备即可达到超薄晶圆性能，极具性价比。
Claims (6)
1.一种可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构，包括第一导电类型的半导体衬底，半导体衬底的正面有元胞区；其特征在于，所述半导体衬底背面的缓冲层上沿半导体衬底的横向均布有腐蚀沟槽，腐蚀沟槽呈等腰梯形，且其底部宽度大于顶部宽度，相邻两个腐蚀沟槽间的半导体衬底底部均注入有第一导电类型的二极管阳极区；所述腐蚀沟槽的侧壁和槽底上均注入有第二导电类型的集电区；所述腐蚀沟槽内和二极管阳极区底部均积淀有背面金属。
2.如权利要求1所述的可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构，其特征在于，所述腐蚀沟槽槽底的那段集电区顶部到缓冲层顶部间距离大于2μm。
3.如权利要求1所述的可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构，其特征在于，所述元胞区中有栅控元胞和非栅控元胞，且栅控元胞至少有一个。
4.如权利要求3所述的可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构，其特征在于，所述栅控元胞包含沟槽，沟槽的侧壁上生长有栅极氧化层，沟槽内填充有多晶硅，沟槽两侧有发射极接触孔和第一离子注入区，第一离子注入区包含第一导电类型源区离子注入和第二导电类型基区离子注入。
5.如权利要求3所述的可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构，其特征在于，所述非栅控元胞包括沟槽，沟槽的侧壁上生长有栅极氧化层，沟槽内填充有多晶硅，沟槽两侧有发射极接触孔和第二离子注入区，第二离子注入区包含第二导电类型基区离子注入。
6.如权利要求1所述的可以抑制Snapback现象的RC-IGBT结构的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步，在半导体衬底加工出正面结构；
第二步，将半导体衬底减薄至外延材料EP1剩余适当厚度；
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