一種能抑制負(fù)阻效應(yīng)的rc-igbt的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種能抑制負(fù)阻效應(yīng)的RC-1GBT(Reverse-conducting Insulate Gate Bipolar Transistor，逆導(dǎo)型絕緣柵雙極型晶體管)。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT既有MOSFET的輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動電路簡單、開關(guān)速度高的優(yōu)點，又具有雙極型功率晶體管的電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強的優(yōu)點，所以被廣泛應(yīng)用于電磁爐、UPS不間斷電源、汽車電子點火器、三相電動機變頻器、電焊機開關(guān)電源等產(chǎn)品中作為功率開關(guān)管或功率輸出管，市場前景非常廣闊。IGBT產(chǎn)品是電力電子領(lǐng)域非常理想的開關(guān)器件，它集合了高頻、高壓、大電流三大技術(shù)優(yōu)勢，同時又能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排，具有很好的環(huán)境保護效益。
[0003]但是IGBT只是一個單向?qū)ㄆ骷?，在?yīng)用的時候需要一個反并聯(lián)的二極管來承受反向電壓，這就增加了 IGBT的制造成本，以及帶來封裝、焊接等難題。2002年E.Napoli等人提出了一種能夠反向?qū)ǖ腎GBT稱為RC-1GBT，這種RC-1GBT通過在集電區(qū)上引入N-集電區(qū)的方法實現(xiàn)了 IGBT和二極管的集成。傳統(tǒng)的RC-1GBT集電區(qū)是由P-Co11ector和N-Collector組成，但是這種傳統(tǒng)RC-1GBT在正向?qū)ǖ臅r候會出現(xiàn)一個負(fù)阻(snapback)效應(yīng)。為了解決此問題，具有P浮空層的RC-1GBT被提出，如圖3所示，此結(jié)構(gòu)通過在RC-1GBT背面挖槽填充Si02介質(zhì)層3，并在Si02介質(zhì)層3上方通過離子注入形成P型浮空層12，通過P型浮空層12對電子產(chǎn)生的勢皇以阻礙電子運動，從而增大P型集電區(qū)9上面N型緩沖層7的電阻，可以抑制snapback現(xiàn)象，但是這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要采用挖槽填充、離子注入等多種工藝，因此存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)工藝要求高的問題，實際生產(chǎn)比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，就是針對上述傳統(tǒng)RC-1GBT存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，提出一種能抑制負(fù)阻效應(yīng)的RC-1GBT。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種能抑制負(fù)阻效應(yīng)的RC-1GBT，如圖2所示，其結(jié)構(gòu)包括器件有源區(qū)和器件終端區(qū)；
[0006]所述器件有源區(qū)包括P型集電區(qū)9、N_漂移區(qū)6和位于P型集電區(qū)9和N-漂移區(qū)6之間的N型緩沖層7，所述N-漂移區(qū)6上層具有多個均勻分布的P型體區(qū)5，所述P型體區(qū)5中具有與陰極電極4相連的N+源區(qū)1，所述陰極電極4位于N-漂移區(qū)6上表面；所述器件有源區(qū)還包括器件柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)由二氧化硅層3和位于二氧化硅層3中的多晶硅柵電極2構(gòu)成，其中二氧化硅層3位于陰極電極4之間；
[0007]所述器件終端區(qū)包括N型集電區(qū)8、N_漂移區(qū)6和位于N型集電區(qū)8和N-漂移區(qū)6之間的N型緩沖層7，所述N-漂移區(qū)6上層具有多個均勻分布的P型保護環(huán)18 ;
[0008]所述器件終端區(qū)環(huán)繞器件有源區(qū)；
[0009]其特征在于，所述P型集電區(qū)9下表面設(shè)置有第一金屬層10 ;所述第一金屬層10依次通過金屬電阻15和第二金屬層14接N型集電區(qū)8的下表面；所述第二金屬層14和金屬電阻15下表面設(shè)置有第一絕緣層17 ;所述金屬電阻15與N型集電區(qū)8和P型集電區(qū)9之間設(shè)置有第二絕緣層16 ;所述第二絕緣層16的一側(cè)連接第以金屬層10，其另一側(cè)連接第二金屬層14。
[0010]本發(fā)明總的技術(shù)方案，通過對在P型集電區(qū)9和N型集電區(qū)8的電極接觸之間產(chǎn)生一個適當(dāng)阻值的金屬電阻15，在器件正向?qū)〞r(陽極加高壓)，電流IF流過此金屬電阻R并在金屬電阻上產(chǎn)生電壓降IFR，使P型集電區(qū)/N型緩沖層之間產(chǎn)生電壓差，如果IFR大于PN結(jié)正向?qū)▔航?約0.7V)，PN結(jié)將正向?qū)?，進入IGBT工作模式，從而有效抑制負(fù)阻效應(yīng)。
[0011]進一步的，所述器件柵極結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)，其中二氧化硅層3位于部分P型體區(qū)5和N-漂移區(qū)6上表面。
[0012]進一步的，所述器件柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵結(jié)構(gòu)，其中多晶硅柵電極2向下穿過P型體區(qū)5并延伸入N-漂移區(qū)6中。
[0013]進一步的，所述N-漂移區(qū)6為具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)。
[0014]本發(fā)明的有益效果為，結(jié)構(gòu)簡單，具有優(yōu)良的抑制snapback現(xiàn)象的能力，同時，不會對RC-1GBT的其它性能參數(shù)造成影響。
【附圖說明】
[0015]圖1是傳統(tǒng)的具有P浮空層的RC-1GBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的RC-1GBT器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是沿圖2中AA’的器件剖面示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明的RC-1GBT器件背面俯視圖；
[0019]圖5是本發(fā)明的RC-1GBT器件背面圖形形狀示意圖；
[0020]圖6是本發(fā)明的RC-1GBT器件背面圖形另一種形狀示意圖；
[0021]圖7是RC-1GBT新結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)RC-1GBT的snapback現(xiàn)象對比圖；
[0022]圖8是本發(fā)明的RC-1GBT器件中金屬電阻15對snapback效應(yīng)的影響示意圖；
[0023]圖9是本發(fā)明的RC-1GBT器件制作工藝中在背面N+及P+集電極注入及退火之后，在背面淀積一層二氧化硅層后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖10是本發(fā)明的RC-1GBT器件制作工藝中通過光刻和刻蝕露出N+及P+集電極的接觸區(qū)，再在背面淀積金屬，通過光刻和刻蝕，在N+集電極和P+集電極接觸之間形成金屬電阻15后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖11是本發(fā)明的RC-1GBT器件制作工藝中在背面淀積一層二氧化硅層，通過光刻和刻蝕露出P+集電區(qū)接觸，形成器件的陽極接觸后的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)的描述
[0027]本發(fā)明提出的一種消除snapback現(xiàn)象的RC-1GBT新結(jié)構(gòu)，是在傳統(tǒng)RC-1GBT基礎(chǔ)上，通過對陽極金屬電極的刻蝕加工，在P型集電區(qū)和N型集電區(qū)的電極接觸之間產(chǎn)生一個適當(dāng)阻值的金屬電阻。在器件正向?qū)〞r(陽極加高壓)，電流流過此金屬電阻并在金屬電阻上產(chǎn)生電壓降，使P型集電區(qū)/N型緩沖層結(jié)之間產(chǎn)生電壓差，從而使PN結(jié)正向?qū)ǎ乐沽似骷?nèi)部的MOS部分先于IGBT部分導(dǎo)通而出現(xiàn)snapback現(xiàn)象。值得注意的是:利用這種方法，在不用增大元胞面積的條件下可以很好的抑制snapback現(xiàn)象，另外，相比以上提到的利用P浮空層的方法抑制snapback現(xiàn)象所需要的器件背部挖槽、填充、離子注入等工藝，該方法只需在傳統(tǒng)的RC-1GBT的基礎(chǔ)上刻蝕陽極金屬，以產(chǎn)生一個適當(dāng)阻值的連接陽極和N型集電區(qū)的金屬電阻，金屬電阻位于SA-LIGBT背部P型集電區(qū)和N集電區(qū)之間，可以在背面的中間位置形成較大面積的金屬接觸區(qū)，如圖4、圖5、圖6所示，降低了工藝復(fù)雜度。
[0028]如圖2所示，本發(fā)明的RC-1GBT，其結(jié)構(gòu)包括器件有源區(qū)和器件終端區(qū)；
[0029]所述器件有源區(qū)包括P型集電區(qū)9、N_漂移區(qū)6和位于P型集電區(qū)9和N-漂移區(qū)6之間的N型緩沖層7，所述N-漂移區(qū)6上層具有多個均勻分布的P型體區(qū)5，所述P型體區(qū)5中具有與陰極電極4相連的N+源區(qū)1，所述陰極電極4位于N-漂移區(qū)6上表面；所述器件有源區(qū)還包括器件柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)由二氧化硅層3和位于二氧化硅層3中的多晶硅柵電極2構(gòu)成，其中二氧化硅層3位于陰極電極4之間；
[0030]所述器件終端區(qū)包括N型集電區(qū)8、N_漂移區(qū)6和位于N型集電區(qū)8和N-漂移區(qū)6之間的N型緩沖層7，所述N-漂移區(qū)6上層具有多個均勻分布的P型保護環(huán)18 ;
[0031]所述器件終端區(qū)環(huán)繞器件有源區(qū)；
[0032]所述P型集電區(qū)9下表面設(shè)置有第一金屬層10 ;所述第一金屬層10依次通過金屬電阻15和第二金屬層14接N型集電區(qū)8的下表面；所述第二金屬層14和金屬電阻15下表面設(shè)置有第一絕緣層17 ;所述金屬電阻15與N型集電區(qū)8和P型集電區(qū)9之間設(shè)置有第二絕緣層16 ;所述第二絕緣層16的一側(cè)連接第以金屬層10，其另一側(cè)連接第二金屬層14ο
[0033]本發(fā)明的工作原理為:
[0034]RC-1GBT產(chǎn)