專利名稱：一種集成反并聯(lián)二極管的igbt結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域，尤其涉及一種集成反并聯(lián)二極管的 IGBTdnsulated Gate Bipolar ^Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
IGBT ^^7 $ MOSFET (Metal-Oxi de-Semi conductor Field-EffectTransistor，金氧半場(chǎng)效晶體管)及功率晶體管的優(yōu)點(diǎn)，具有工作頻率高、控制電路簡單、電流密度高、通態(tài)壓降低的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于變頻、逆變等功率領(lǐng)域。IGBT在應(yīng)用中很少作為一個(gè)獨(dú)立器件使用，尤其在感性負(fù)載的條件下，IGBT需要一個(gè)快恢復(fù)二極管續(xù)流。因此在市場(chǎng)上的通用封裝產(chǎn)品中，如圖1所示，IGBT上反向并聯(lián)一個(gè)二極管以起到續(xù)流的作用，保護(hù)IGBT。為降低生產(chǎn)成本，廠家開發(fā)了一種具有內(nèi)置二極管的IGBT結(jié)構(gòu)，以η溝道IGBT為例，如圖2所示。該IGBT包括集電極210、P型集電區(qū)208、N型集電區(qū)209、N-型漂移區(qū) 207、第一 P型阱區(qū)2061、第二 P型阱區(qū)2062、第一 N型有源區(qū)2051、第二 N型有源區(qū)2052、 第一絕緣層204、門極203、第二絕緣層202、發(fā)射極201 ；所述P型集電區(qū)208和N型集電區(qū)209位于所述集電極210上部的同一層，所述N-型漂移區(qū)207位于P型集電區(qū)208和N 型集電區(qū)209的上部；所述N-型漂移區(qū)207上部設(shè)有第一 P型阱區(qū)2061和第二 P型阱區(qū) 2062，第一 P型阱區(qū)2061與第二 P型阱區(qū)2062被N-型漂移區(qū)207表面部分隔離開；第一 N型有源區(qū)2051位于第一 P型阱區(qū)2061內(nèi)，第二 N型有源區(qū)2052位于第二 P型阱區(qū)2062 內(nèi)；第一絕緣層204與N-型漂移區(qū)207表面部分、第一 P型阱區(qū)2061部分、第二 P型阱區(qū) 2062部分、第一 N型有源區(qū)2051部分、第二 N型有源區(qū)2052部分相連；門極203與第一絕緣層204相連；第二絕緣層202位于門極203與發(fā)射極201之間；發(fā)射極201分別與第一 P 型阱區(qū)2061部分、第一 N型有源區(qū)2051部分、第二絕緣層202、第二 P型阱區(qū)2062部分、第二 N型有源區(qū)2052部分相連。其工作原理如下集電極210接正偏電壓時(shí)，第一 P型阱區(qū)2061和第二 P型阱區(qū) 2062與N型集電區(qū)209形成的二極管處于反偏狀態(tài)，當(dāng)門極203加上正偏電壓時(shí)，使門極 203下方形成η型溝道，IGBT導(dǎo)通，電子從第一 N型有源區(qū)2051和第二 N型有源區(qū)2052流向集電極210，形成電子電流；P型集電區(qū)208向N-型漂移區(qū)207注入空穴，一部分在電場(chǎng)的作用下被第一 P型阱區(qū)2061和第二 P型阱區(qū)2062抽走，另一部分在電子電流的吸引力下流向溝道區(qū)，再從阱區(qū)流出，形成空穴電流。當(dāng)門極203施加負(fù)偏電壓時(shí)，溝道被切斷，集電極210與發(fā)射極201間電壓升高，電流下降，耗盡層展寬，其中電子可以從N型集電區(qū)209 迅速流走，大部分空穴隨耗盡層展寬被電場(chǎng)從第一 P型阱區(qū)2061和第二 P型阱區(qū)2062掃出，小部分空穴于N-型漂移區(qū)207復(fù)合，最后IGBT截止。在橋式電路中且在感性負(fù)載條件下，如圖1所示，例如標(biāo)號(hào)為A與D的IGBT通路轉(zhuǎn)變截止?fàn)顟B(tài)，電感L將會(huì)在標(biāo)號(hào)為C的IGBT的發(fā)射極感生一個(gè)比集電極高的電壓，第一 P型阱區(qū)和第二 P型阱區(qū)與N型集電區(qū)形成的二極管將會(huì)導(dǎo)通，起到續(xù)流的作用，釋放掉存儲(chǔ)在電路中的能量。但常規(guī)的內(nèi)置二極管結(jié)構(gòu)存在缺陷，它的輸出特性曲線會(huì)出現(xiàn)突然跳回 (snapback)現(xiàn)象，如圖3所示，在集成反并聯(lián)二極管的IGBT的集電極由小到大漸變施加電壓的初期，背面二極管仍未導(dǎo)通，P型集電區(qū)往N-型漂移區(qū)注入的空穴很少，N型集電區(qū)及上方的N-型漂移區(qū)仍呈現(xiàn)高阻特性，輸出特性曲線上顯示出MOS特性，當(dāng)電壓逐步增加，足以使P型集電區(qū)與N-型漂移區(qū)組成的二極管導(dǎo)通時(shí)，空穴注入效率大增，在N-型漂移區(qū)產(chǎn)生的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)致使N-型漂移區(qū)電阻率降低，所以盡管電流在增大，但集電極與發(fā)射極之間的壓降出現(xiàn)拐點(diǎn)，如圖3中的A點(diǎn)；當(dāng)集電極與發(fā)射極之間電壓降到一定的時(shí)候，P型集電區(qū)與N-型漂移區(qū)之間的壓降不足以維持二極管的導(dǎo)通時(shí)，隨著電流的增加，集電極與發(fā)射極之間的壓降又開始上升，如圖3中的B點(diǎn)。這種突然跳回輸出特征顯現(xiàn)往往會(huì)重復(fù)數(shù)次才能達(dá)到穩(wěn)定輸出狀態(tài)，導(dǎo)致輸出特性的遲滯。為解決這種突然跳回現(xiàn)象，現(xiàn)有技術(shù)提供了一種在P型集電區(qū)與N型集電區(qū)之間做絕緣溝槽的方法，如圖4所示，該集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)包括絕緣溝槽411、集電極410、P型集電區(qū)408、N型集電區(qū)409、N-型漂移區(qū)407、第一 P型阱區(qū)4061、第二 P型阱區(qū)4062、第一 N型有源區(qū)4051、第二 N型有源區(qū)4052、第一絕緣層404、門極403、第二絕緣層402、發(fā)射極401 ；與圖2的區(qū)別在于在集電極410上的P型集電區(qū)408和N型集電區(qū) 409之間做了一個(gè)絕緣溝槽411，且絕緣溝槽411延伸到N-型漂移區(qū)407內(nèi)部。但這種方法對(duì)工藝要求非常高，實(shí)現(xiàn)困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有IGBT集成反并聯(lián)二極管后出現(xiàn)突然跳回現(xiàn)象的技術(shù)問題，提供一種制造工藝簡單的集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)及其制造方法，減弱了突然跳回現(xiàn)象。一種集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)，包括集電極、P型集電區(qū)、N型集電區(qū)、N-型漂移區(qū)、第一 P型阱區(qū)、第二 P型阱區(qū)、第一 N型有源區(qū)、第二 N型有源區(qū)、第一絕緣層、門極、 第二絕緣層、發(fā)射極；所述P型集電區(qū)和N型集電區(qū)位于所述集電極上部的同一層；所述N-型漂移區(qū)位于P型集電區(qū)和N型集電區(qū)的上部；所述第一 P型阱區(qū)和第二 P型阱區(qū)自N-漂移區(qū)表面兩側(cè)向下延伸，被N-漂移區(qū)表面中間部分隔離開；所述第一 N型有源區(qū)位于第一 P型阱區(qū)內(nèi)，所述第二 N型有源區(qū)位于第二 P型阱區(qū)內(nèi)；所述第一絕緣層與N-型漂移區(qū)表面部分、第一 P型阱區(qū)部分、第一 N型有源區(qū)部分、第二 P型阱區(qū)部分、第二 N型有源區(qū)部分相連；所述門極與第一絕緣層相連；所述第二絕緣層位于所述門極與發(fā)射極之間；所述發(fā)射極分別與第一 P型阱區(qū)部分、第一 N型有源區(qū)部分、第二絕緣層、第二 P型阱區(qū)部分、第二 N型有源區(qū)部分相連；所述集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)還包括在給集電極由小到大漸變施加電壓時(shí)，使P型集電區(qū)和N-型漂移區(qū)形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)的半導(dǎo)體區(qū)，所述半
5導(dǎo)體區(qū)位于P型集電區(qū)和N型集電區(qū)之間的同一層。一種集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)的制造方法，包括如下步驟(1)、以N-型漂移區(qū)為襯底，在其上生成柵氧化層形成第一絕緣層，在第一絕緣層上中間部分區(qū)域沉積多晶硅形成門極，將未沉積多晶硅的第一絕緣層兩側(cè)刻蝕出阱區(qū)，然后往阱區(qū)注入P型雜質(zhì)形成第一 P型阱區(qū)和第二 P型阱區(qū)；在第一 P型阱區(qū)上注入N型雜質(zhì)，形成第一 N型有源區(qū)，在第二 P型阱區(qū)上注入N型雜質(zhì)，形成第二 N型有源區(qū)；在多晶硅表面、第一 P型阱區(qū)部分表面、第一 N型有源區(qū)部分表面、第二 P型阱區(qū)部分表面、第二 N型有源區(qū)部分表面沉積第二絕緣層，并刻蝕出接觸區(qū)；在第二絕緣層表面和接觸區(qū)上沉積金屬形成發(fā)射極；完成IGBT正面結(jié)構(gòu)的制造；(2)、將IGBT正面結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)，在N-漂移區(qū)的表面注入N型雜質(zhì)，形成N型集電區(qū)； 然后使用光罩將N型集電區(qū)覆蓋，再注入使P型集電區(qū)和N-型漂移區(qū)形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)的半導(dǎo)體雜質(zhì)，形成半導(dǎo)體區(qū)；再使用光罩將N型集電區(qū)和半導(dǎo)體區(qū)覆蓋， 注入P型雜質(zhì)，形成P型集電區(qū)；(3)、沉積背面金屬，形成集電極。本發(fā)明在集成反并聯(lián)二極管IGBT結(jié)構(gòu)的P型集電區(qū)和N型集電區(qū)之間加入了半導(dǎo)體區(qū)，維持N型集電區(qū)及其上方N-漂移區(qū)的高阻特性，在給集電極由小到大漸變施加電壓時(shí)，使P型集電區(qū)和N-型漂移區(qū)形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)，不影響IGBT的通態(tài)壓降，達(dá)到了減弱集成反并聯(lián)二極管IGBT突然跳回現(xiàn)象的目的。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的IGBT與反并聯(lián)二極管在橋式應(yīng)用中的電路圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)提供的常規(guī)內(nèi)置二極管的IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)提供的出現(xiàn)突然跳回現(xiàn)象的IGBT輸出電壓電流特性曲線圖；圖4是現(xiàn)有技術(shù)提供的背面具有絕緣溝槽的IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的改善前后的輸出特性曲線對(duì)比圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例1提供的集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例2提供的集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例3提供的集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的集成反并聯(lián)二極管的IGBT正面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。為抑制上述集成反并聯(lián)二極管結(jié)構(gòu)IGBT的突然跳回現(xiàn)象，本發(fā)明提供了一種集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)，包括集電極、P型集電區(qū)、N型集電區(qū)、N-型漂移區(qū)、第一 P 型阱區(qū)、第二 P型阱區(qū)、第一 N型有源區(qū)、第二 N型有源區(qū)、第一絕緣層、門極、第二絕緣層、 發(fā)射極；所述P型集電區(qū)和N型集電區(qū)位于所述集電極上部的同一層；所述N-型漂移區(qū)位于P型集電區(qū)和N型集電區(qū)的上部；所述第一 P型阱區(qū)和第二 P型阱區(qū)自N-漂移區(qū)表面兩側(cè)向下延伸，被N-漂移區(qū)表面中間部分隔離開；所述第一 N型有源區(qū)位于第一 P型阱區(qū)內(nèi)，所述第二 N型有源區(qū)位于第二 P型阱區(qū)內(nèi)；所述第一絕緣層與N-型漂移區(qū)表面部分、第一 P型阱區(qū)部分、第一 N型有源區(qū)部分、第二 P型阱區(qū)部分、第二 N型有源區(qū)部分相連；所述門極與第一絕緣層相連；所述第二絕緣層位于所述門極與發(fā)射極之間；所述發(fā)射極分別與第一 P型阱區(qū)部分、第一 N型有源區(qū)部分、第二絕緣層、第二 P型阱區(qū)部分、第二 N型有源區(qū)部分相連；所述集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)還包括在給集電極由小到大漸變施加電壓時(shí)，使P型集電區(qū)和N-型漂移區(qū)形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)的半導(dǎo)體區(qū)，所述半導(dǎo)體區(qū)位于P型集電區(qū)和N型集電區(qū)之間的同一層。本發(fā)明在集成反并聯(lián)二極管IGBT結(jié)構(gòu)的P型集電區(qū)和N型集電區(qū)之間加入了半導(dǎo)體區(qū)，維持N型集電區(qū)及其上方N-漂移區(qū)的高阻特性，從而使IGBT的內(nèi)置二極管在更低的集電極電壓下導(dǎo)通，而IGBT輸出特性曲線回拐到圖5中點(diǎn)B時(shí)，P型集電極區(qū)二極管仍然處于導(dǎo)通或者更加臨近導(dǎo)通狀態(tài)，如圖5中曲線b所示，曲線a是一種理想狀態(tài)下的效果曲線，曲線c是常規(guī)集成反并聯(lián)二極管IGBT的效果曲線。達(dá)到了減弱集成反并聯(lián)二極管IGBT 突然跳回現(xiàn)象的目的?；谏鲜鲈?，上述半導(dǎo)體區(qū)可以有如下幾種實(shí)現(xiàn)方式。作為本發(fā)明實(shí)施例1，如圖6所示，該集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)包括用于使 P型集電區(qū)608和N-型漂移區(qū)607形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)的P-型半導(dǎo)體區(qū) 611、集電極610、P型集電區(qū)608、N型集電區(qū)609、N_型漂移區(qū)607、第一 P型阱區(qū)6061、第二 P型阱區(qū)6062、第一 N型有源區(qū)6051、第二 N型有源區(qū)6052、第一絕緣層604、門極603、 第二絕緣層602、發(fā)射極601。所述P-型半導(dǎo)體區(qū)611的離子注入濃度低于所述P型集電區(qū)608的離子注入濃度。所述P型集電區(qū)608、P-型半導(dǎo)體區(qū)611、N型集電區(qū)609位于所述集電極610上部的同一層；所述N-型漂移區(qū)607位于P型集電區(qū)608、P-型半導(dǎo)體區(qū)611、N型集電區(qū)609 的上部；所述第一 P型阱區(qū)6061和第二 P型阱區(qū)6062自N-漂移區(qū)607表面兩側(cè)向下延伸，被N-漂移區(qū)607表面中間部分隔離開；所述第一 N型有源區(qū)6051位于第一 P型阱區(qū)6061內(nèi)，所述第二 N型有源區(qū)6052 位于第二 P型阱區(qū)6062內(nèi)；所述第一絕緣層604與N-型漂移區(qū)607表面部分、第一 P型阱區(qū)6061部分、第一 N型有源區(qū)6051部分、第二 P型阱區(qū)6062部分、第二 N型有源區(qū)6052部分相連；所述門極 603與第一絕緣層604相連；所述第二絕緣層602位于所述門極603與發(fā)射極601之間；所述發(fā)射極601分別與第一 P型阱區(qū)6061部分、第一 N型有源區(qū)6051部分、第二絕緣層602、第二 P型阱區(qū)6061 部分、第二 N型有源區(qū)6052部分相連。該實(shí)施例在P型集電區(qū)608與N型集電區(qū)609之間加入了 P-型半導(dǎo)體區(qū)611，降低了 P型集電區(qū)608向N型集電區(qū)609及其上方N-漂移區(qū)607注入的空穴濃度，維持N型集電區(qū)609及其上方N-漂移區(qū)607的高阻特性，在給集電極610由小到大漸變施加電壓時(shí)， 使P型集電區(qū)608和N-型漂移區(qū)607形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)，不影響IGBT 的通態(tài)壓降，達(dá)到了減弱集成反并聯(lián)二極管IGBT突然跳回現(xiàn)象的目的。作為本發(fā)明實(shí)施例2，如圖7所示，該集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)包括用于使P型集電區(qū)708和N-型漂移區(qū)707形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)N+型半導(dǎo)體區(qū) 711、集電極710、P型集電區(qū)708、N型集電區(qū)709、N_型漂移區(qū)707、第一 P型阱區(qū)7061、第二 P型阱區(qū)7062、第一 N型有源區(qū)7051、第二 N型有源區(qū)7052、第一絕緣層704、門極703、 第二絕緣層702、發(fā)射極701。所述N+型半導(dǎo)體區(qū)711的離子注入濃度高于N型集電區(qū)709 的離子注入濃度。所述P型集電區(qū)708、N+型半導(dǎo)體區(qū)711、N型集電區(qū)709位于所述集電極710上部的同一層；所述N-型漂移區(qū)707位于P型集電區(qū)708和N型集電區(qū)709的上部；所述N+ 型半導(dǎo)體區(qū)711的離子注入濃度高于N型集電區(qū)709的離子注入濃度。其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例 1中圖6的結(jié)構(gòu)相同，故不累述。該實(shí)施例在P型集電區(qū)708與N型集電區(qū)709之間加入了 N+型半導(dǎo)體區(qū)711，降低了 N型集電區(qū)709勢(shì)壘，維持N型集電區(qū)709及其上方N-漂移區(qū)707的高阻特性，在給集電極710由小到大漸變施加電壓時(shí)，使P型集電區(qū)708和N-型漂移區(qū)707形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)，不影響IGBT的通態(tài)壓降，達(dá)到了減弱集成反并聯(lián)二極管IGBT突然跳回現(xiàn)象的目的。作為本發(fā)明實(shí)施例3，如圖8所示，該集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)包括用于使 P型集電區(qū)808和N-型漂移區(qū)807形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)的P-型半導(dǎo)體區(qū) 811和N+型半導(dǎo)體區(qū)812、集電極810、P型集電區(qū)808、N型集電區(qū)809、N-型漂移區(qū)807、 第一 P型阱區(qū)8061、第二 P型阱區(qū)8062、第一 N型有源區(qū)8051、第二 N型有源區(qū)8052、第一絕緣層804、門極803、第二絕緣層802、發(fā)射極801。所述P-型半導(dǎo)體區(qū)811的離子注入濃度低于所述P型集電區(qū)808的離子注入濃度，所述N+型半導(dǎo)體區(qū)812的離子注入濃度高于 N型集電區(qū)809的離子注入濃度。其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1中圖6的結(jié)構(gòu)相同，故不累述。所述P型集電區(qū)808、P-型半導(dǎo)體區(qū)811、N+型半導(dǎo)體區(qū)812、N型集電區(qū)809位于集電極810上部的同一層，N-型漂移區(qū)807位于P型集電區(qū)808、P-型半導(dǎo)體區(qū)811、N+ 型半導(dǎo)體區(qū)812、N型集電區(qū)809上部。該實(shí)施例在P型集電區(qū)808與N型集電區(qū)809之間加入了 P-型半導(dǎo)體區(qū)811和 N+型半導(dǎo)體區(qū)812，降低了 P型集電區(qū)808向N型集電區(qū)809及其上方N-漂移區(qū)807注入的空穴濃度，降低了 N型集電區(qū)809勢(shì)全，維持N型集電區(qū)809及其上方N-漂移區(qū)807的高阻特性，在給集電極810由小到大漸變施加電壓時(shí)，使P型集電區(qū)808和N-型漂移區(qū)807 形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)，不影響IGBT的通態(tài)壓降，達(dá)到了減弱集成反并聯(lián)二極管IGBT突然跳回現(xiàn)象的目的。另外，本發(fā)明還提供了一種集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)的制造方法，包括如下步驟(1)、以N-型漂移區(qū)為襯底，在其上生成柵氧化層形成第一絕緣層，在第一絕緣層上中間部分區(qū)域沉積多晶硅形成門極，將未沉積多晶硅的第一絕緣層兩側(cè)刻蝕出阱區(qū)，然
8后往阱區(qū)注入P型雜質(zhì)形成第一 P型阱區(qū)和第二 P型阱區(qū)；在第一 P型阱區(qū)上注入N型雜質(zhì)，形成第一 N型有源區(qū)，在第二 P型阱區(qū)上注入N型雜質(zhì)，形成第二 N型有源區(qū)；在多晶硅表面、第一 P型阱區(qū)部分表面、第一 N型有源區(qū)部分表面、第二 P型阱區(qū)部分表面、第二 N型有源區(qū)部分表面沉積第二絕緣層，并刻蝕出接觸區(qū)；在第二絕緣層表面和接觸區(qū)上沉積金屬形成發(fā)射極；完成IGBT正面結(jié)構(gòu)的制造；(2)、將IGBT正面結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)，在N-漂移區(qū)的表面注入N型雜質(zhì)，形成N型集電區(qū)； 然后使用光罩將N型集電區(qū)覆蓋，再注使P型集電區(qū)和N-型漂移區(qū)形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)的半導(dǎo)體雜質(zhì)，形成半導(dǎo)體區(qū)；再使用光罩將N型集電區(qū)和半導(dǎo)體區(qū)覆蓋，注入P型雜質(zhì)，形成P型集電區(qū)；(3)、沉積背面金屬，形成集電極。上述方法步驟(1)制造成的集成反并聯(lián)二極管的IGBT正面結(jié)構(gòu)如圖9所示，包括N-型漂移區(qū)907、第一 P型阱區(qū)9061、第二 P型阱區(qū)9062、第一 N型有源區(qū)9051、第二 N 型有源區(qū)9052、第一絕緣層904、門極903、第二絕緣層902、發(fā)射極901。由于使P型集電區(qū)和N-型漂移區(qū)形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)的半導(dǎo)體區(qū)可以有不同的類型，包括P-型半導(dǎo)體區(qū)、或N+型半導(dǎo)體區(qū)、或N+型半導(dǎo)體區(qū)與P-型半導(dǎo)體區(qū)的組合。則步驟( 形成半導(dǎo)體區(qū)具有不同的方法。具體方法如下對(duì)應(yīng)步驟O)中注入半導(dǎo)體雜質(zhì)形成半導(dǎo)體區(qū)為注入P型半導(dǎo)體雜質(zhì)，形成P-型半導(dǎo)體區(qū)?；?qū)?yīng)步驟O)中注入半導(dǎo)體雜質(zhì)形成半導(dǎo)體區(qū)為注入N型半導(dǎo)體雜質(zhì)，形成N+型半導(dǎo)體區(qū)?；?qū)?yīng)步驟O)中注入半導(dǎo)體雜質(zhì)形成半導(dǎo)體區(qū)為注入N型半導(dǎo)體雜質(zhì)，形成N+型半導(dǎo)體區(qū)；然后使用光罩將N型集電區(qū)、N+型半導(dǎo)體區(qū)覆蓋；注入P型半導(dǎo)體雜質(zhì)，形成P-型半導(dǎo)體區(qū)。上述方法制造出的集成反并聯(lián)二極管的IGBT能夠維持N型集電區(qū)及其上方N-漂移區(qū)的高阻特性效果。在給集電極由小到大漸變施加電壓時(shí)，使P型集電區(qū)和N-型漂移區(qū)形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)，不影響IGBT的通態(tài)壓降，達(dá)到了減弱集成反并聯(lián)二極管IGBT突然跳回現(xiàn)象的目的。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)，包括集電極、P型集電區(qū)、N型集電區(qū)、N-型漂移區(qū)、第一 P型阱區(qū)、第二 P型阱區(qū)、第一 N型有源區(qū)、第二 N型有源區(qū)、第一絕緣層、門極、 第二絕緣層、發(fā)射極；所述P型集電區(qū)和N型集電區(qū)位于所述集電極上部的同一層；所述N-型漂移區(qū)位于P 型集電區(qū)和N型集電區(qū)的上部；所述第一 P型阱區(qū)和第二 P型阱區(qū)自N-漂移區(qū)表面兩側(cè)向下延伸，被N-漂移區(qū)表面中間部分隔離開；所述第一 N型有源區(qū)位于第一 P型阱區(qū)內(nèi)，所述第二 N型有源區(qū)位于第二 P型阱區(qū)內(nèi)；所述第一絕緣層與N-型漂移區(qū)表面部分、第一 P型阱區(qū)部分、第一 N型有源區(qū)部分、第二 P型阱區(qū)部分、第二 N型有源區(qū)部分相連；所述門極與第一絕緣層相連；所述第二絕緣層位于所述門極與發(fā)射極之間；所述發(fā)射極分別與第一 P型阱區(qū)部分、 第一 N型有源區(qū)部分、第二絕緣層、第二 P型阱區(qū)部分、第二 N型有源區(qū)部分相連；其特征在于，所述集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)還包括在給集電極由小到大漸變施加電壓時(shí)，使P型集電區(qū)和N-型漂移區(qū)形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)的半導(dǎo)體區(qū)， 所述半導(dǎo)體區(qū)位于P型集電區(qū)和N型集電區(qū)之間的同一層。
2.如權(quán)利要求1所述的集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)，其特征在于所述半導(dǎo)體區(qū)為 P-型半導(dǎo)體區(qū)，所述P-型半導(dǎo)體區(qū)的離子注入濃度低于所述P型集電區(qū)的離子注入濃度。
3.如權(quán)利要求1所述的集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)，其特征在于半導(dǎo)體區(qū)為N+型半導(dǎo)體區(qū)，所述N+型半導(dǎo)體區(qū)的離子注入濃度高于N型集電區(qū)的離子注入濃度。
4.如權(quán)利要求1所述的集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)，其特征在于所述半導(dǎo)體區(qū)為 P-型半導(dǎo)體區(qū)和N+型半導(dǎo)體區(qū)共同構(gòu)成；所述該層的排列順序?yàn)镻型集電區(qū)、P-型半導(dǎo)體區(qū)、N+型半導(dǎo)體區(qū)、N型集電區(qū)；所述P-型半導(dǎo)體區(qū)的離子注入濃度低于所述P型集電區(qū)的離子注入濃度，所述N+型半導(dǎo)體區(qū)的離子注入濃度高于N型集電區(qū)的離子注入濃度。
5.一種集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括如下步驟(1)、以N-型漂移區(qū)為襯底，在其上生成柵氧化層形成第一絕緣層，在第一絕緣層上中間部分區(qū)域沉積多晶硅形成門極，將未沉積多晶硅的第一絕緣層兩側(cè)刻蝕出阱區(qū)，然后往阱區(qū)注入P型雜質(zhì)形成第一 P型阱區(qū)和第二 P型阱區(qū)；在第一 P型阱區(qū)上注入N型雜質(zhì)，形成第一 N型有源區(qū)，在第二 P型阱區(qū)上注入N型雜質(zhì)，形成第二 N型有源區(qū)；在多晶硅表面、 第一 P型阱區(qū)部分表面、第一 N型有源區(qū)部分表面、第二 P型阱區(qū)部分表面、第二 N型有源區(qū)部分表面沉積第二絕緣層，并刻蝕出接觸區(qū)；在第二絕緣層表面和接觸區(qū)上沉積金屬形成發(fā)射極；完成IGBT正面結(jié)構(gòu)的制造；(2)、將IGBT正面結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)，在N-漂移區(qū)的表面注入N型雜質(zhì)，形成N型集電區(qū)；然后使用光罩將N型集電區(qū)覆蓋，再注入使P型集電區(qū)和N-型漂移區(qū)形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)的半導(dǎo)體雜質(zhì)，形成半導(dǎo)體區(qū)；再使用光罩將N型集電區(qū)和半導(dǎo)體區(qū)覆蓋，注入 P型雜質(zhì)，形成P型集電區(qū)；(3)、沉積背面金屬，形成集電極。
6.如權(quán)利要求5所示的集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述步驟O)中注入半導(dǎo)體雜質(zhì)形成半導(dǎo)體區(qū)為 注入P型半導(dǎo)體雜質(zhì)，形成P-型半導(dǎo)體區(qū)。
7.如權(quán)利要求5所示的集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述步驟O)中注入半導(dǎo)體雜質(zhì)形成半導(dǎo)體區(qū)為注入N型半導(dǎo)體雜質(zhì)，形成N+型半導(dǎo)體區(qū)。
8.如權(quán)利要求5所示的集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述步驟O)中注入半導(dǎo)體雜質(zhì)形成半導(dǎo)體區(qū)為注入N型半導(dǎo)體雜質(zhì)，形成N+型半導(dǎo)體區(qū)；然后使用光罩將N型集電區(qū)、N+型半導(dǎo)體區(qū)覆蓋；注入P型半導(dǎo)體雜質(zhì)，形成P-型半導(dǎo)體區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種集成反并聯(lián)二極管的IGBT結(jié)構(gòu)及其制造方法，屬于半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域，該集成反并聯(lián)二極管的IGBT在現(xiàn)有集成反并聯(lián)二極管的IGBT的P型集電區(qū)和N型集電區(qū)之間加入使P型集電區(qū)和N-型漂移區(qū)形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)的半導(dǎo)體區(qū)，維持N型集電區(qū)及其上方N-漂移區(qū)的高阻特性，在給集電極由小到大漸變施加電壓時(shí)，使P型集電區(qū)和N-型漂移區(qū)形成的二極管一直處于正向?qū)顟B(tài)，不影響IGBT的通態(tài)壓降，達(dá)到了減弱集成反并聯(lián)二極管IGBT突然跳回現(xiàn)象的目的。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102446966SQ20101050601
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者溫世達(dá), 肖秀光 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司