[實用新型]一種具有內置二極管的IGBT結構

有效

• 申請號: 201220337317.0
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN202796961U
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 肖秀光;劉鵬飛;吳海平
• 申請（專利權）人: 寧波比亞迪半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及半導體設計及制造技術領域，特別涉及一種具有內置二極管的IGBT（Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，絕緣柵雙極晶體管）結構。

背景技術

IGBT結合了功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-?Transistor，金屬氧化物半導體場效應晶體管）及功率晶體管的優點，具有工作頻率高，控制電路簡單，電流密度高，通態壓低等特點，廣泛應用于功率控制領域。在實際應用中，IGBT很少作為一個獨立器件使用，尤其在感性負載的條件下，IGBT需要一個快恢復二極管續流。因此現有的IGBT產品，一般采用反并聯一個二極管以起到續流作用，保護IGBT。

為降低成本，反并聯的二極管可以集成在IGBT芯片內，即集成反并聯二極管的IGBT或具有內置二極管的IGBT。圖1為典型的具有內置二極管的IGBT結構剖面圖。如圖1所示，以n溝道IGBT為例，該IGBT包括：半導體襯底207’，形成在襯底207’中的兩個p型阱區206’，分別形成在每個p型阱區206’中的表面區域的n型源區205’，依次形成在半導體襯底207’的正面上的第一絕緣層204’、多晶硅層203’、第二絕緣層202’和金屬電極201’，形成在半導體襯底207’的背面上的p型集電區208’、n型集電區209’和金屬電極210’。其中，半導體襯底207’為n-漂移區，多晶硅層203’為門極，金屬電極210’連接p型集電區208’和n型集電區209’構成集電極，金屬電極201’連接兩個p型阱區206’和兩個n型源區205’構成發射極。

集成反并聯二極管的IGBT的背面區域引入n型集電區的209’，由于n型集電區209’相對p型阱區206’的位置變化將會引起器件過流路徑的變化，從而導致器件性能發生變化。因此，為保證產品性能一致性，在制作集成反并聯二極管的IGBT的背面區域時，在光刻工藝中，需要將晶圓背面的掩膜板（mask）圖案與已形成的晶圓正面結構的圖案進行對準。由于在進行背面光刻時，晶圓已經翻轉為背面朝上，普通的單面光刻機無法利用正面的對準標記，故背面的n型集電區的209’的圖案無法與正面結構的圖案對準，需要采用昂貴的雙面光刻機。

發明內容

本實用新型的目的旨在至少解決上述技術缺陷，特別是解決具有內置二極管的IGBT的背面結構與正面結構的需要采用昂貴的雙面光刻機才能對準的問題，提供一種具有內置二極管的IGBT結構，利用單面光刻機完成晶圓背面結構與正面結構的自對準，并且提高器件的穩定性。

為達到上述目的，本實用新提出了一種具有內置二極管的IGBT結構，包括：半導體襯底；多個條形元胞區，所述多個條形元胞區形成在所述半導體襯底的第一表面，且沿第一方向平行排列，每個所述條形元胞區包括：形成在所述半導體襯底中的第一阱區和第二阱區，位于所述第一阱區和第二阱區之間的積累區，形成在所述第一阱區中的第一源區，形成在所述第二阱區中的第二源區，和形成在所述半導體襯底上的第一絕緣層、柵極層、第二絕緣層、第一金屬層，其中，所述第一絕緣層覆蓋部分所述第一源區、部分所述第一阱區、所述積累區、部分所述第二阱區、部分所述第二源區，所述柵極層形成在所述第一絕緣層上，所述第二絕緣層覆蓋部分所述第一源區、所述柵極層、部分所述第二源區，所述第一金屬層覆蓋部分所述第一阱區、所述第二絕緣層、部分所述第二阱區，所述第一金屬層的兩個端部分別嵌入所述第一阱區、所述第二阱區、所述第一源區以及所述第二源區中，且所述第一金屬層的兩個端部分別與部分所述第一阱區、部分所述第二阱區、部分所述第一源區以及部分所述第二源區重疊，其中，所述第一金屬層的兩個端部嵌入所述第一阱區、所述第二阱區中的深度大于所述第一源區、所述第二源區分別嵌入所述第一阱區、所述第二阱區中的深度；和多個第一類型條形摻雜區和多個第二類型條形摻雜區，所述多個第一類型條形摻雜區和多個第二類型條形摻雜區形成在所述半導體襯底的第二表面，且沿第二方向交替平行排列，所述第二方向和第一方向相互垂直，所述多個第一類型條形摻雜區和多個第二類型條形摻雜區上形成有第二金屬層。

其中，第一類型條形摻雜區和第二類型條形摻雜區分布為第一類型集電區和第二類型集電區，第一類型集電區與條形元胞區構成IGBT結構，第二類型集電區與條形元胞區構成MOSFET結構，MOSFET結構寄生的二極管構成IGBT的反并聯二極管。