一种具有高浪涌能力RC-IGBT的制造方法及器件与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种具有高浪涌能力rc-igbt的制造方法及器件。

背景技术：

1、绝缘栅双极晶体管(insulate-gate bipolar transistor，igbt)在感性负载条件下使用时，容易引起过电压和过电流，导致igbt失效。为了解决这个问题，通常在集电极和发射极之间反向并联一个快恢复二极管(fast recovery diode，frd)，为感性负载释放能量。这样，可以降低引线电感，提高产品的可靠性和整机装配效率。此外，由于igbt不具备逆向导电能力，需要通过反向并联的一个frd来提供续流通道。在高di/dt(di/dt表示单位时间内电流变化的多少，即是电流变化率)条件下，frd的反向恢复损耗将变大，同时反向恢复波形也较硬，容易与外电路耦合产生严重的电磁干扰问题。

2、逆导igbt(rc-igbt)是在制造过程中，直接将igbt与frd集成在一片硅片上，使其具备igbt和frd两种功能。此外，rc-igbt还具有较高的集成度和较低的生产成本。由于rc-igbt将igbt和frd集成在同一个芯片上，因此可以减小系统的体积并提高其可靠性。同时，由于rc-igbt内部结构较为简单，因此生产成本也相对较低。

3、目前，rc-igbt芯片的制造方法为，使用仅对frd区中间部分和igbt区进行离子注入的掩膜，从而形成igbt区中的第一p型基区和frd区中的第二p型基区。然而，p型基区定义在frd区中间部分区域，此工艺方法需要额外的光罩板形成p型基区，增加了芯片的制造成本，同时p型基区与p+交接处存在明显的电场剧变，使得整个rc-igbt芯片的反向击穿电压很难保证。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种具有高浪涌能力rc-igbt的制造方法及器件，提高rc-igbt浪涌能力的同时，解决了rc-igbt芯片的制造成本高以及rc-igbt芯片的反向击穿电压很难保证的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：

3、本发明第一方面提供一种具有高浪涌能力rc-igbt的制造方法，方法包括：

4、选用n类型硅材料作为器件的衬底，并在衬底的上表面自上而下刻蚀，刻蚀至衬底内，形成多个沟槽；

5、在多个沟槽内依次进行栅极氧化层生长和多晶硅填充且对多晶硅进行n型掺杂，并将指定区域的多晶硅和栅极氧化层刻蚀掉；

6、在衬底的上表面进行p阱离子注入，并对注入完成后的p阱离子进行激活，形成轻掺杂p区；

7、在轻掺杂p区上表面，通过光刻定义frd区域的p型浓掺杂区域，并在p型浓掺杂区域注入离子，形成浓掺杂p区；

8、在轻掺杂p区上表面，通过光刻定义n阱注入区域，并在n阱注入区域注入n阱离子，形成rc-igbt的发射极；

9、在轻掺杂p区上表面沉积层间介质，层间介质的材料为掺杂有棚或磷的氧化硅；

10、在层间介质的上表面自上而下进行刻蚀，刻蚀至层间介质内，形成接触孔，并在接触孔和刻蚀后的层间介质的上表面沉积正面金属层，得到器件的正面结构。

11、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，在层间介质的上表面自上而下进行刻蚀，刻蚀至层间介质内，形成接触孔，并在接触孔和刻蚀后的层间介质的上表面沉积正面金属层，得到器件的正面结构之后，方法还包括：

12、对完成正面结构制造的器件的下表面进行减薄，减薄后的器件厚度为50μm～300μm；

13、在完成正面结构制造的器件的下表面进行高能离子注入，形成场截止层，场截至层为浓掺杂的n型层，注入浓度为1e12～1e15，注入能量为20kev～1000kev；

14、通过光刻定义frd区域的n型浓掺杂区域，并在n型浓掺杂区域进行n型离子注入，形成高浓度n区，注入浓度为1e13～5e15，注入能量为50kev～300kev；

15、在高浓度n区的两侧进行p型轻掺杂注入，形成igbt区域的集电极，注入浓度为1e12～1e14，注入能量为20kev～200kev；

16、在高浓度n区和集电极的下表面进行背面金属层沉积，形成具有高浪涌能力rc-igbt的背面结构，背面金属层与表面金属层的材料不同。

17、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，在层间介质的上表面自上而下进行刻蚀，刻蚀至层间介质内，形成接触孔，包括：

18、通过光刻定义接触孔的固定刻蚀区域，固定刻蚀区域均匀排布；

19、通过等离子体刻蚀方式，将固定刻蚀区域的层间介质自上而下刻蚀，刻蚀至层间介质内，形成接触孔，接触孔均匀排布。

20、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，衬底的电阻率为10ω·cm～50ω·cm，多个沟槽等间隔排布，各沟槽的刻蚀深度为1μm～10μm，宽度为0.1μm～5μm。

21、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，栅极氧化层采用的氧化方式为湿法氧化或干法氧化，生长的栅极氧化层厚度为100埃～3000埃，填充的多晶硅厚度为500埃～20000埃，对多晶硅进行n型掺杂的电阻率为1ω·cm～100ω·cm，刻蚀后的栅极多晶硅的厚度为50埃～1000埃。

22、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，轻掺杂p区的p阱离子的注入剂量为1e12～1e15，注入能量为30kev～200kev，激活温度为950℃～1300℃，轻掺杂p区的厚度为2μm～10μm。

23、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，浓掺杂p区的离子的注入剂量为1e13～1e16，注入能量为30kev～200kev，发射极的n阱离子的注入剂量为1e13～1e16，注入能量为30kev～200kev，层间介质的厚度为500埃～30000埃。

24、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，正面金属层的材料为金属al，金属al的厚度为1μm～10μm，背面金属层的材料为金属ag，金属ag的厚度为0.5μm～3μm。

25、本发明第二方面提供一种具有高浪涌能力rc-igbt的器件，器件包括正面结构，正面结构由下至上依次包括：

26、轻掺杂n型基区；

27、轻掺杂p区，形成于轻掺杂n型基区上；

28、多个栅极多晶硅，形成于轻掺杂p区内且等间隔排布，各栅极多晶硅从轻掺杂p区延伸至轻掺杂n型基区内；

29、多个浓掺杂p区，形成于轻掺杂p区中的中间区域内；

30、多个发射极，形成于轻掺杂p区的边缘区域内；

31、层间介质，形成于轻掺杂p区上；

32、多个接触孔，形成于层间介质内且等间隔排布；

33、正面金属层，形成于多个接触孔和层间介质上。

34、在本发明第二方面的一些变更实施方式中，器件还包括背面结构，背面结构由上至下依次包括：

35、场截止层，形成于正面结构的下表面上；

36、高浓度n区，形成于场截止层的中间区域的下表面上；

37、集电极，形成于场截止层的边缘区域的下表面上，且集电极的下表面与高浓度n区的下边面齐平；

38、背面金属层，形成于集电极和高浓度n区的下表面上。

39、相较于现有技术，本发明提供的一种具有高浪涌能力rc-igbt的制造方法及器件，选用n类型硅材料作为器件的衬底，并在衬底的上表面自上而下刻蚀，刻蚀至衬底内，形成多个沟槽；在多个沟槽内依次进行栅极氧化层生长和多晶硅填充且对多晶硅进行n型掺杂，并将指定区域的多晶硅和栅极氧化层刻蚀掉；在衬底的上表面进行p阱离子注入，并对注入完成后的p阱离子进行激活，形成轻掺杂p区；在轻掺杂p区上表面，通过光刻定义frd区域的p型浓掺杂区域，并在p型浓掺杂区域注入离子，形成浓掺杂p区；在轻掺杂p区上表面，通过光刻定义n阱注入区域，并在n阱注入区域注入n阱离子，形成rc-igbt的发射极；在轻掺杂p区上表面沉积层间介质，层间介质的材料为掺杂有棚或磷的氧化硅；在层间介质的上表面自上而下进行刻蚀，刻蚀至层间介质内，形成接触孔，并在接触孔和刻蚀后的层间介质的上表面沉积正面金属层，得到器件的正面结构。和现有技术的p型基区定义在frd区中间部分区域，此工艺方法需要额外的光罩板形成p型基区，同时p型基区与p+交接处存在明显的电场剧变相比，本发明通过在具有栅极多晶硅的衬底的上表面进行p阱离子注入，并对注入完成后的p阱离子进行激活，形成轻掺杂p区，以及在轻掺杂p区上表面，通过光刻定义frd区域的p型浓掺杂区域，并在p型浓掺杂区域注入离子，形成浓掺杂p区，对frd阳极区的注入效率进行调整，在形成轻掺杂p区和浓掺杂p区时，并不需要使用额外的光罩板，减少了rc-igbt器件的制造成本，使得rc-igbt器件的制造成本较低；形成的浓掺杂p区在形成的轻掺杂p区内，且形成的轻掺杂p区分布平缓，在轻掺杂p区不会存在明显的电场剧变，使得rc-igbt器件的击穿电压较易保证。

技术特征：

1.一种具有高浪涌能力rc-igbt的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述层间介质的上表面自上而下进行刻蚀，刻蚀至所述层间介质内，形成接触孔，并在所述接触孔和刻蚀后的层间介质的上表面沉积正面金属层，得到所述器件的正面结构之后，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述层间介质的上表面自上而下进行刻蚀，刻蚀至所述层间介质内，形成接触孔，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底的电阻率为10ω·cm～50ω·cm，所述多个沟槽等间隔排布，各沟槽的刻蚀深度为1μm～10μm，宽度为0.1μm～5μm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述栅极氧化层采用的氧化方式为湿法氧化或干法氧化，生长的栅极氧化层厚度为100埃～3000埃，填充的多晶硅厚度为500埃～20000埃，对所述多晶硅进行n型掺杂的电阻率为1ω·cm～100ω·cm，刻蚀后的栅极多晶硅的厚度为50埃～1000埃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轻掺杂p区的p阱离子的注入剂量为1e12～1e15，注入能量为30kev～200kev，激活温度为950℃～1300℃，所述轻掺杂p区的厚度为2μm～10μm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浓掺杂p区的离子的注入剂量为1e13～1e16，注入能量为30kev～200kev，所述发射极的n阱离子的注入剂量为1e13～1e16，注入能量为30kev～200kev，所述层间介质的厚度为500埃～30000埃。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述正面金属层的材料为为金属al，所述金属al的厚度为1μm～10μm，所述背面金属层的材料为金属ag，所述金属ag的厚度为0.5μm～3μm。

9.一种具有高浪涌能力rc-igbt的器件，其特征在于，所述器件包括正面结构，所述正面结构由下至上依次包括：

10.根据权利要求9所述的器件，其特征在于，所述器件还包括背面结构，所述背面结构由上至下依次包括：

技术总结
本发明提供一种具有高浪涌能力RC‑IGBT的制造方法及器件，涉及半导体技术领域。其中，该方法包括：通过在具有栅极多晶硅的衬底的上表面进行P阱离子注入，并对注入完成后的P阱离子进行激活，形成轻掺杂P区，以及在轻掺杂P区上表面，通过光刻定义FRD区域的P型浓掺杂区域，并在P型浓掺杂区域注入离子，形成浓掺杂P区，对FRD阳极区的注入效率进行调整，在形成轻掺杂P区时，不需使用额外的光罩板，减少了RC‑IGBT器件的制造成本，使RC‑IGBT器件的制造成本较低；形成的浓掺杂P区在形成的轻掺杂P区内，且形成的轻掺杂P区分布平缓，在轻掺杂P区不会存在明显的电场剧变，使得RC‑IGBT器件的击穿电压较易保证。

技术研发人员：车鑫川,赵凯,张鹏,陈译,张朝宽
受保护的技术使用者：陕西华茂半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23