[發明專利]集成有肖特基二極管的絕緣柵雙極晶體管結構及制備方法

有效

• 申請號: 201110229098.4
• 申請日: 2011-08-11
• 公開（公告）號: CN102931216A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 金勤海;陳正嶸;徐俊杰
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 張驥

技術領域

本發明涉及一種絕緣柵雙極晶體管結構，具體涉及一種集成有肖特基二極管的絕緣柵雙極晶體管結構。本發明還涉及一種集成有肖特基二極管的絕緣柵雙極晶體管結構的制備方法。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管(簡稱IGBT)是金屬氧化物半導體(簡稱MOS)與雙極晶體管(也叫三極管)的結合。現有的IGBT如圖1所示(接觸頂部的正面金屬和襯底下部的背面金屬未示出)，N型漂移區的頂部全部被多晶硅柵覆蓋。這種結構因雙極晶體管在大電流導通時具有很低的飽和電壓而適合高耐壓大功率應用，與功率MOS相比，大電流導通時器件功耗很小。

但是，由于這種雙極晶體管結構由少數載流子(簡稱少子)主導導電，因此在器件關斷時，少子反向恢復時間長，從而使得器件開關速度變慢，開關功耗增加。

另外，現有的絕緣柵雙極晶體管與功率MOS相比還有一個缺點就是沒有固有的寄生反并聯二極管，這使得它在某些場合應用(如逆變器)必須與一個起續流作用的二極管并聯使用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種集成有肖特基二極管的絕緣柵雙極晶體管結構，它可以使開關速度提高，開關功耗降低。

為解決上述技術問題，本發明集成有肖特基二極管的絕緣柵雙極晶體管結構的技術解決方案為：

包括絕緣柵雙極晶體管，所述絕緣柵雙極晶體管的N型漂移區的頂部包括被多晶硅柵覆蓋的區域和未被多晶硅柵覆蓋的區域，未被多晶硅柵覆蓋的區域與其上方金屬形成肖特基接觸，使肖特基二極管與絕緣柵雙極晶體管集成在一起，與絕緣柵雙極晶體管的集電極-發射極形成并聯關系；

所述肖特基二極管的陽極通過正面金屬與IGBT發射極相連，肖特基二極管的陰極通過背面金屬與IGBT的集電極相連。

所述肖特基二極管通過N型高摻雜區和背面金屬引出，所述IGBT的集電極通過P型高摻雜區和背面金屬引出。

本發明還提供一種集成有肖特基二極管的絕緣柵雙極晶體管結構的制備方法，其技術解決方案為，包括以下步驟：

第一步，按照現有的IGBT工藝，形成IGBT柵、溝道和發射區；

第二步，涂光刻膠、光刻；

第三步，通過干刻去除N型漂移區頂部的部分區域所覆蓋的多晶硅；

第四步，淀積層間膜，光刻、干刻層間膜，形成接觸孔，去除光刻膠；

第五步，涂光刻膠、光刻，后續將要形成肖特基接觸的區域上方被光刻膠覆蓋，對將要形成歐姆接觸的區域進行P型離子束注入；

第六步，去除光刻膠，進行熱退火，激活P型摻雜離子；

第七步，淀積能夠與N型硅表面形成肖特基接觸的金屬埋層，進行熱退火，在P型頂部形成歐姆接觸，同時在未被多晶硅覆蓋的N型漂移區的頂部形成肖特基接觸；

所述第七步中的金屬為鈦、鈷或者其它能夠跟硅形成肖特基接觸的金屬。

第八步，后續處理。

所述第八步后續處理的方法為：淀積金屬填滿接觸孔，通過干刻回刻或者化學機械研磨去除表面多余金屬；淀積正面金屬，通過光刻、干刻形成正面金屬圖形；然后在襯底背面涂光刻膠，光刻，對背面進行重摻雜硼離子注入；之后去除光刻膠，熱退火，激活形成背面P型摻雜區，最后在背面形成背面金屬，形成IGBT與肖特基二極管并聯的器件結構。

本發明可以達到的技術效果是：

本發明將肖特基二極管集成在絕緣柵雙極晶體管中，當IGBT電流從發射極向集電極導通時，能夠起續流作用，從而使開關速度提高，開關功耗降低；當IGBT電流從集電極向發射極導通關斷時，能夠為少數載流子的反向恢復多提供一旁路，從而使得續流關斷的反向恢復時間大大減小，開關速度提高。

本發明的器件在應用時無需再外接二極管與其并聯。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1是現有技術絕緣柵雙極晶體管結構的示意圖；

圖2是本發明集成有肖特基二極管的絕緣柵雙極晶體管結構的示意圖；

圖3至圖9是與本發明的方法步驟相應的結構示意圖。

具體實施方式