一種具有分離式集電極的平面柵igbt的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種功率半導體器件，具體講涉及一種具有分離式集電極的平面柵 IGBTo
【背景技術】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(Insulate-GateBipolar Transistor一IGBT)綜合了電力晶體管(Giant Transistor—GTR)和電力場效應晶體管(Power M0SFET)的優(yōu)點，具有良好的特性，應用領域很廣泛；IGBT也是三端器件:柵極，集電極和發(fā)射極。
[0003]絕緣柵雙極晶體管IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是 MOS 結構雙極器件，屬于具有功率MOSFET的高速性能與雙極的低電阻性能的功率器件。IGBT的應用范圍一般都在耐壓600V以上、電流1A以上、頻率為IkHz以上的區(qū)域。多使用在工業(yè)用電機、民用小容量電機、變換器(逆變器)、照相機的頻閃觀測器、感應加熱(Induct1nHeating)電飯鍋等領域。根據(jù)封裝的不同，IGBT大致分為兩種類型，一種是模壓樹脂密封的三端單體封裝型，從TO - 3P到小型表面貼裝都已形成系列。另一種是把IGBT與FWD(FleeWheelD1de)成對地(2或6組)封裝起來的模塊型，主要應用在工業(yè)上。模塊的類型根據(jù)用途的不同，分為多種形狀及封裝方式，都已形成系列化。
[0004]IGBT是強電流、高壓應用和快速終端設備用垂直功率MOSFET的自然進化。MOSFET由于實現(xiàn)一個較高的擊穿電壓BVDSS需要一個源漏通道，而這個通道卻具有很高的電阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS (on)數(shù)值高的特征，IGBT消除了現(xiàn)有功率MOSFET的這些主要缺點。雖然最新一代功率MOSFET器件大幅度改進了 RDS(on)特性，但是在高電平時，功率導通損耗仍然要比IGBT高出很多。IGBT較低的壓降，轉換成一個低VCE (sat)的能力，以及IGBT的結構，與同一個標準雙極器件相比，可支持更高電流密度，并簡化IGBT驅動器的原理圖。
[0005]IGBT(絕緣柵雙極晶體管)同時具有單極性器件和雙極性器件的優(yōu)點，驅動電路簡單，控制電路功耗和成本低，通態(tài)壓降低，器件自身損耗小，是未來高壓大電流的發(fā)展方向。
[0006]IGBT器件有源區(qū)是由許多表面MOSFET結構的源胞單位構成，背面為P型集電極結構。傳統(tǒng)的平面柵IGBT器件關斷過程中的拖尾電流、關斷損耗和IGBT器件反向恢復電荷很大，極易損壞IGBT器件，因此，需要一種減小IGBT器件關斷過程中的拖尾電流，減小器件關斷損耗，且可以減小器件的反向恢復電荷的平面柵IGBT器件。
[0007]為了減小IGBT器件關斷過程中的拖尾電流，減小器件關斷損耗，可以減小器件的反向恢復電荷，通過背面增加淺凹槽或氧化層隔離結構形成分離式集電極，此結構可以有效抑制IGBT器件的空穴注入效率，避免過大的反向恢復電荷；可以有效抑制IGBT器件關斷過程中的拖尾電流，降低關斷損耗；同時還可以使得開關速度更快。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]為解決上述現(xiàn)有技術中的不足，本實用新型的目的是提供一種具有分離式集電極的平面柵IGBT，本實用新型提供的人平面柵IGBT器件有效抑制IGBT器件的空穴注入效率，避免過大的反向恢復電荷；可以有效抑制IGBT器件關斷過程中的拖尾電流，降低關斷損耗；同時還可以使得開關速度更快。為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護范圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現(xiàn)一些概念，以此作為后面的詳細說明的序言。
[0009]本實用新型的目的是采用下述技術方案實現(xiàn)的:
[0010]本實用新型提供一種具有分離式集電極的平面柵IGBT，所述平面柵IGBT包括襯底、從上到下依次設置在襯底上的正面金屬電極、隔離氧化膜和平面柵極，平面柵極與襯底之間的P阱區(qū)，從上到下依次設置于P阱區(qū)內(nèi)N+型摻雜區(qū)和P+型摻雜區(qū)，依次設置于襯底背面的背面N型低濃度摻雜緩沖區(qū)和背面P+集電區(qū)；其特征在于，在背面P+集電區(qū)上設有采用絕緣介質填充的背面凹槽，所述背面凹槽深度大于、等于或小于背面P+集電區(qū)的厚度，所述絕緣介質完全或者部分填充凹槽，所述絕緣介質與P+集電區(qū)有交疊，以避免背面金屬電極和N型材料接觸。
[0011]進一步地，所述絕緣介質填充部分和背面凹槽形成IGBT背面隔離氧化層。
[0012]進一步地，所述襯底包括:電場截止FS型襯底和非穿通NPT型襯底。
[0013]進一步地，當襯底采用軟穿通SPT型或電場截止FS型時，所述平面柵IGBT包括位于N型單晶硅片襯底背面的N型低濃度緩沖區(qū)；若襯底采用非穿通NPT型時，則不需要N型低濃度緩沖區(qū)。
[0014]進一步地，所述平面柵IGBT的擊穿電壓為600V至6500V。
[0015]與最接近的現(xiàn)有技術相比，本實用新型提供的技術方案具有的優(yōu)異效果是:
[0016](一 )本實用新型通過增加淺凹槽或氧化層隔離結構，形成具有分離式集電極結構的平面柵IGBT，可以有效抑制IGBT器件的空穴注入效率，避免過大的反向恢復電荷，降低IGBT器件關斷過程中的拖尾電流，降低關斷損耗，提高器件開關速度。
[0017](二)該結構也可以用于溝槽柵結構，背面淺凹槽或氧化層隔離結構可以為任意形狀。
[0018](三)所采用的制造加工工藝為IGBT芯片通用工藝，易實現(xiàn)。
[0019]為了上述以及相關的目的，一個或多個實施例包括后面將詳細說明并在權利要求中特別指出的特征。下面的說明以及附圖詳細說明某些示例性方面，并且其指示的僅僅是各個實施例的原則可以利用的各種方式中的一些方式。其它的益處和新穎性特征將隨著下面的詳細說明結合附圖考慮而變得明顯，所公開的實施例是要包括所有這些方面以及它們的等同。
【附圖說明】
[0020]附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0021]圖1是本實用新型提供的一種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT剖面示意圖；
[0022]圖2是本實用新型提供的另一種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT剖面示意圖；
[0023]圖3是本實用新型提供的第二種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT剖面示意圖；
[0024]圖4是本實用新型提供的第三種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT剖面示意圖；
[0025]圖5是本實用新型提供的第四種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT剖面示意圖；
[0026]圖6是本實用新型提供的一種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT背面表面示意圖；
[0027]圖7是本實用新型提供的另一種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT背面表面示意圖；
[0028]圖8是本實用新型提供的第二種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT背面表面示意圖；
[0029]圖9是本實用新型提供的第三種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT背面表面示意圖；
[0030]圖10是本實用新型提供的第四種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT背面表面示意圖；
[0031]圖11是本實用新型提供的第五種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT背面表面示意圖；
[0032]其中:01-N型單晶硅片襯底，02-N型低濃度摻雜緩沖區(qū)，04-P阱區(qū)、05-N+型摻雜區(qū)，06-P+型摻雜，07-P+集電區(qū)，08-隔離氧化膜，09-正面金屬電極，10-背面金屬電極，11-背面隔離氧化層。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0034]以下描述和附圖充分地示出本實用新型的具體實施方案，以使本領域的技術人員能夠實踐它們。其他實施方案可以包括結構的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特征。本實用新型的實施方案的范圍包括權利要求書的整個范圍，以及權利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本實用新型的這些實施方案可以被單獨地或總地用術語“實用新型”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的實用新型，不是要自動地限制該應用的范圍為任何單個實用新型或實用新型構思。
[0035]本實用新型提供一種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT，其剖面示意圖和平面柵IGBT背面表面示意圖分別如圖1和6所示，平面柵IGBT包括襯底01、從上到下依次設置在襯底上的正面金屬電極09、隔離氧化膜08和平面柵極03，平面柵極03與襯底01之間的P阱區(qū)04，從上到下依次設置于P阱區(qū)04內(nèi)N+型摻雜區(qū)05和P+型摻雜區(qū)06，依次設置于襯底背面的背面N型低濃度摻雜緩沖區(qū)02、P+集電區(qū)07和背面金屬電極10 ;在背面金屬電極10的背面P+集電區(qū)上設有采用絕緣介質填充的背面凹槽，所述背面凹槽深度等于背面P+集電區(qū)的厚度，所述絕緣介質完全填充凹槽，;所述絕緣介質填充部分和背面凹槽形成IGBT背面隔離氧化層11。本實用新型提供的另一種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT剖面示意圖；第二種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT剖面示意圖；第三種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT剖面示意圖和第四種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT剖面示意圖分別如圖2-5所示，其對應的平面柵IGBT背面表面示意圖如圖7-11所示。
[0036]圖2是本實用新型提供的另一種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT剖面示意圖，平面柵IGBT包括襯底01、從上到下依次設置在襯底上的正面金屬電極09、隔離氧化膜08和平面柵極03，平面柵極03與襯底01之間的P阱區(qū)04，從上到下依次設置于P阱區(qū)04內(nèi)N+型摻雜區(qū)05和P+型摻雜區(qū)06，依次設置于襯底背面的背面N型低濃度摻雜緩沖區(qū)02、P+集電區(qū)07和背面金屬電極10 ;在背面金屬電極10的背面P+集電區(qū)上設有采用絕緣介質填充的背面凹槽，所述背面凹槽深度大于背面P+集電區(qū)的厚度，所述絕緣介質完全填充凹槽；所述絕緣介質填充部分和背面凹槽形成IGBT背面隔離氧化層11。
[0037]圖3是本實用新型提供的另一種具有分離式集電極結構的平面柵IGBT剖面示意圖，平面柵IGBT包括襯底01、從上到下依次設置在襯底上的正面金屬電極09、隔離氧化膜08和平面柵極03，平面柵極03與襯底01之間的P阱區(qū)04，從上到下依次設置于P阱區(qū)04內(nèi)N+型摻雜區(qū)05和P+型摻雜區(qū)06，依次設置于襯底背面的背面N型低濃度摻雜緩沖區(qū)02、P+集電區(qū)07和背面金屬電極10 ;在背面金屬電極10的背面P+集電區(qū)上設有采用絕緣介質填充的背面凹槽，所述背面凹槽深度小于背面P+集電區(qū)的厚度