明的工作原理為:
[0028]本發(fā)明相比于傳統(tǒng)逆導(dǎo)型IGBT結(jié)構(gòu)，在源極金屬增加了發(fā)射極肖特基金屬1、在N型電場(chǎng)阻止層9下設(shè)置N-區(qū)10，分別改善了工作在續(xù)流二極管模式下的反向恢復(fù)特性與抑制了 snapback現(xiàn)象的產(chǎn)生。
[0029]反向續(xù)流二極管狀態(tài)下，在較低的偏壓下肖特基結(jié)將首先導(dǎo)通，導(dǎo)通電壓和肖特基勢(shì)皇高度有關(guān)，選擇合適的肖特基金屬，就可以得到較好的導(dǎo)通特性，由于肖特基導(dǎo)通是單極導(dǎo)電，相比于雙極導(dǎo)電漂移區(qū)中的載流子數(shù)目將大大降低。因此相比于傳統(tǒng)逆導(dǎo)型IGBT在反向續(xù)流二極管模式下，本結(jié)構(gòu)漂移區(qū)的載流子存儲(chǔ)效應(yīng)更不明顯，具有較好的反向恢復(fù)特性，其反向恢復(fù)時(shí)間更低，如圖8所示。隨著源極金屬上的偏壓進(jìn)一步增加時(shí)，P型基區(qū)5與N-漂移區(qū)8構(gòu)成的PN結(jié)導(dǎo)通，其導(dǎo)電模式將轉(zhuǎn)為雙極導(dǎo)電出現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，具有較高的電流密度。因此，發(fā)射極肖特基金屬I的設(shè)計(jì)在不影響續(xù)流二極管導(dǎo)通特性的前提下，大大優(yōu)化了其反向恢復(fù)特性。此時(shí)N-區(qū)10耗盡區(qū)很窄，如圖6所示，整個(gè)N-區(qū)10均會(huì)導(dǎo)通具有較小的阻抗，進(jìn)而N-調(diào)節(jié)層對(duì)二極管的導(dǎo)通壓降影響不大，如圖9所示。
[0030]在IGBT導(dǎo)通模式的初始階段，導(dǎo)通電流非常小。由N-漂移區(qū)8橫向流過(guò)摻雜濃度較高的N型電場(chǎng)阻止層9的電流，將沿其電流流通路徑電勢(shì)逐漸降低，在FS層將產(chǎn)生一個(gè)壓降VFS。同時(shí)，由于N-區(qū)10摻雜濃度很低且P+集電區(qū)濃度較高，因此處于P+集電區(qū)11正上方的N-區(qū)10部分將完全耗盡，所有電流由背面N+集電極短路區(qū)12及其上方的N-區(qū)10流過(guò)，N-區(qū)10電流經(jīng)過(guò)的區(qū)域很窄，如圖7所示，電流流過(guò)時(shí)產(chǎn)生較大的壓降VN-。由于金屬集電極13與P+集電區(qū)11相接，因此兩者為等電位，而對(duì)于N型電場(chǎng)阻止層9、N-區(qū)10、N+集電極短路區(qū)12、金屬集電極13電流通路上有(VFS+與VN-)的壓降，因此N型電場(chǎng)阻止層9與P+集電區(qū)11在距離N-區(qū)10較遠(yuǎn)的位置處，在較小的導(dǎo)通電流的情況下即可達(dá)到N型電場(chǎng)阻止層9與P+集電區(qū)11構(gòu)成的PN結(jié)的導(dǎo)通壓降，進(jìn)而避免了 snapback現(xiàn)象的產(chǎn)生，如圖10與圖11所示。
[0031]綜上所述，與傳統(tǒng)逆導(dǎo)型IGBT相比，由于發(fā)射極肖特基金屬I的設(shè)計(jì)，在不影響反向續(xù)流二極管模式下導(dǎo)通特性的基礎(chǔ)上，具有更好的反向恢復(fù)特性、反向恢復(fù)時(shí)間大大降低，同時(shí)由于N-區(qū)10的耗盡區(qū)非常小，進(jìn)而具有較低的壓降油于N-區(qū)10的設(shè)計(jì)，在較小的導(dǎo)通電流的情況下即可達(dá)到N型電場(chǎng)阻止層9與P+集電區(qū)11構(gòu)成的PN結(jié)的導(dǎo)通壓降，進(jìn)而可以抑制snapback現(xiàn)象的產(chǎn)生。
[0032]本發(fā)明具體實(shí)施方案以耐壓600V的溝槽柵逆導(dǎo)型IGBT的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行闡述，但是此種發(fā)明不局限于僅此一種器件。耐壓600V的逆導(dǎo)型IGBT元胞寬度為lOum，元胞厚度為80?90um。本發(fā)明提供的逆導(dǎo)型IGBT器件采用溝槽柵結(jié)構(gòu)外延工藝，具體工藝流程如下所述:
[0033]I)硅片準(zhǔn)備:采用硼摻雜濃度為lE17cm-3、厚度為500—700um的P型硅片作為襯底；
[0034]2)N-區(qū)外延:在P+襯底上外延生長(zhǎng)8um厚，摻雜濃度為lE13cm_3的磷低摻雜區(qū)；
[0035]3)背面P+集電區(qū)離子注入:在N-層光刻背面P+區(qū)，進(jìn)行硼離子注入，劑量為5E12cm-2到8E12cm_2左右，并進(jìn)行1250°C下450分鐘的推結(jié)，形成20um N-調(diào)節(jié)層、40umP+集電區(qū)的交替重復(fù)排列；
[0036]4)背面FS層外延工藝:采用外延工藝，生長(zhǎng)5um至8um厚、磷摻雜濃度為lE15cm-3的N型外延層；
[0037]5) N-漂移區(qū)外延:采用外延工藝，生長(zhǎng)70um厚、摻雜濃度為8E13cm-3的N型外延層；
[0038]6)場(chǎng)氧:氧化生成1.6um厚的場(chǎng)氧，氧化溫度為1100°C ；
[0039]7)終端的制備:光刻場(chǎng)限環(huán)，環(huán)寬為1211111、1611111、2211111、3011111與3811111，環(huán)間距設(shè)置為4um，然后進(jìn)行場(chǎng)限環(huán)劑量為lE14cm-2的硼注入，多晶場(chǎng)板將與后續(xù)多晶硅柵一并完成；
[0040]8)刻蝕有源區(qū):光刻有源區(qū)，1050°C的條件下濕氧生長(zhǎng)10nm的氧化層；
[0041]9)P_body工藝:光刻P_body區(qū)，進(jìn)行劑量為8E13cm_2的硼注入，并在1100°C推結(jié)120分鐘，然后進(jìn)行TEOS淀積0.6um左右的鈍化層；
[0042]10)槽柵工藝:利用槽柵Trench掩膜版刻蝕出寬為3um深5um的槽，在850攝氏度的條件下干濕氧結(jié)合的方法生長(zhǎng)10nm的柵氧，然后淀積多晶硅，然后光刻多晶硅形成多晶場(chǎng)板；
[0043]11)正面P+工藝:光刻P+區(qū)，進(jìn)行能量為120KeV、劑量為8E14cm_2的硼注入，在1100°C下進(jìn)行退火過(guò)程；
[0044]12)NSD工藝:光刻N(yùn)SD區(qū)域，進(jìn)行能量為80KeV、劑量為6E14cm_2的磷注入，在900 °C下退火40到60分鐘；
[0045]13)正面金屬化工藝:光刻媽金屬接觸孔，派射Ium厚的媽，媽覆蓋大約0.1um的表面P+區(qū)?？涛g表面氧化層，在表面淀積厚度為4um的鋁金屬，然后翻轉(zhuǎn)硅片；
[0046]14)襯底減薄:減薄背面襯底，控制N-調(diào)節(jié)層下方P+層厚度為2um ；
[0047]15)背部N+短路區(qū)工藝:利用N+短路區(qū)掩膜版，進(jìn)行劑量為lE13cm-2的磷離子注入，并完成在400°C下進(jìn)行30分鐘的退火，形成寬為7um N+區(qū)域，此時(shí)背面為7um寬的N+短路區(qū)、53um寬的P+區(qū)域的重復(fù)結(jié)構(gòu)；
[0048]16)背面金屬化工藝:在背面淀積4um的鋁，形成集電極金屬。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種逆導(dǎo)型IGBT器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括N-漂移區(qū)(8)、位于N-漂移區(qū)⑶上層的發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)和位于N-漂移區(qū)(8)下層的集電極結(jié)構(gòu)；所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵，包括柵氧化層(7)和位于柵氧化層(7)中的多晶硅柵電極(3);所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)位于兩個(gè)溝槽柵之間，包括發(fā)射極金屬(2)、N+發(fā)射區(qū)(4)、P型基區(qū)(5)和P+區(qū)(6);所述N+發(fā)射區(qū)⑷位于P型基區(qū)(5)中，N+發(fā)射區(qū)(4)和P型基區(qū)(5)與柵氧化層連接；所述P+區(qū)(6)與P型基區(qū)(5)連接；所述發(fā)射極金屬(2)位于N+發(fā)射區(qū)(4)和P+區(qū)(6)的上表面；所述集電極結(jié)構(gòu)包括P+集電區(qū)(11)、N+集電極短路區(qū)(12)和金屬集電極(13);所述P+集電區(qū)(11)和N+集電極短路區(qū)(12)并列位于金屬集電極(13)的上表面；所述P+集電區(qū)(11)和N+集電極短路區(qū)(13)的上表面與N-漂移區(qū)⑶之間具有N型電場(chǎng)阻止層(9);其特征在于，所述P+區(qū)(6)之間的N-漂移區(qū)(8)上表面具有肖特基金屬(1)，所述肖特基金屬⑴與發(fā)射極金屬⑵連接；所述集電極結(jié)構(gòu)還包括N-區(qū)(10)，所述N-區(qū)(10)位于N型電場(chǎng)阻止層(9)與N+集電極短路區(qū)(12)和部分P+集電區(qū)(11)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種逆導(dǎo)型IGBT器件，其特征在于，所述發(fā)射極肖特基金屬(I)的材料采用鎢、鈦或者鉑。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種逆導(dǎo)型IGBT器件，其特征在于，該IGBT器件中的半導(dǎo)體材料采用S1、SiC、GaAs或者GaN。4.一種逆導(dǎo)型IGBT器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括N-漂移區(qū)(8)、位于N-漂移區(qū)⑶上層的發(fā)射極結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)和位于N-漂移區(qū)(8)下層的集電極結(jié)構(gòu)；所述柵極結(jié)構(gòu)為平面柵，包括柵氧化層(7)和位于柵氧化層(7)上表面的多晶硅柵電極(3);所述發(fā)射極結(jié)構(gòu)位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)，包括發(fā)射極金屬⑵、N+發(fā)射區(qū)(4)、P型基區(qū)(5)和P+區(qū)(6);所述N+發(fā)射區(qū)⑷位于P型基區(qū)(5)中，N+發(fā)射區(qū)(4)的上表面和P型基區(qū)(5)的上表面與柵氧化層的下表面連接；所述P+區(qū)(6)與P型基區(qū)(5)連接；所述發(fā)射極金屬(2)位于N+發(fā)射區(qū)(4)和P+區(qū)(6)的上表面；所述集電極結(jié)構(gòu)包括P+集電區(qū)(11)、N+集電極短路區(qū)(12)和金屬集電極(13);所述？+集電區(qū)(11)和N+集電極短路區(qū)(12)并列位于金屬集電極(13)的上表面；所述P+集電區(qū)(11)和N+集電極短路區(qū)(13)的上表面與N-漂移區(qū)⑶之間具有N型電場(chǎng)阻止層(9);其特征在于，所述P+區(qū)(6)之間的N-漂移區(qū)⑶上表面具有肖特基金屬(I)，所述肖特基金屬(I)與發(fā)射極金屬(2)連接；所述集電極結(jié)構(gòu)還包括N-區(qū)(10)，所述N-區(qū)(10)位于N型電場(chǎng)阻止層(9)與N+集電極短路區(qū)(12)和部分P+集電區(qū)(II)之間。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種逆導(dǎo)型IGBT器件，其特征在于，所述發(fā)射極肖特基金屬(I)的材料采用鎢、鈦或者鉑。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種逆導(dǎo)型IGBT器件，其特征在于，該IGBT器件中的半導(dǎo)體材料采用S1、SiC、GaAs或者GaN。
【專利摘要】本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)涉及一種逆導(dǎo)型IGBT器件。本發(fā)明相比于傳統(tǒng)逆導(dǎo)型IGBT結(jié)構(gòu)，在源極金屬增加了發(fā)射極肖特基金屬、在N型電場(chǎng)阻止層下設(shè)置N-區(qū)，分別改善了工作在續(xù)流二極管模式下的反向恢復(fù)特性與抑制了snapback現(xiàn)象的產(chǎn)生。本發(fā)明的有益效果為，具有快的反向恢復(fù)時(shí)間、在較短的背面P+集電區(qū)就可以消除snapback現(xiàn)象，且其制備工藝與傳統(tǒng)IGBT器件工藝相兼容。本發(fā)明尤其適用逆導(dǎo)型IGBT器件。
【IPC分類】H01L29/47, H01L29/739, H01L21/331, H01L29/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105206656
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510524523
【發(fā)明人】李澤宏, 郭緒陽(yáng), 張明, 陳文梅, 伍濟(jì), 陳錢, 任敏, 張金平, 高巍, 張波
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年8月25日