[發明專利]嵌入FRD的IGBT器件及制造方法

有效

• 申請號: 201310280489.8
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN104282689B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 顏樹范;劉須電
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L27/06
• 分類號: H01L27/06;H01L29/10;H01L29/739;H01L29/423;H01L21/822;H01L21/28
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種嵌入續流二極管（FRD）的絕緣柵雙極晶體管(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，IGBT)器件；本發明還涉及一種嵌入FRD的IGBT器件的制造方法。?

背景技術

IGBT是一種電壓控制的MOS/雙極復合型器件，這種器件同時具有雙極結型功率晶體管和功率MOSFET的主要優點：輸入阻抗高、輸入驅動功率小、導通電阻小、電流容量大、開關速度快等。?

然而，IGBT由于反向恢復速度慢，需要在封裝過程中并聯FRD保證正常關斷。目前較先進工藝是把IGBT結構和續流二極管結構做在同一塊芯片上，以節省封裝面積。如圖1所示，為現有IGBT和FRD集成在同一塊芯片的結構示意圖；其中區域A對應于IGBT器件區域，區域B對應于FRD區域。?

IGBT器件和FRD器件都制作在N型硅襯底1上，在硅襯底1上形成有P阱2。?

區域A中：IGBT器件由多個重復排列的IGBT元胞組成，各IGBT元胞共用同一P阱2。在硅襯底1的表面形成有交替排列的深溝槽，在深溝槽中內側表面形成有柵介質層7、在柵介質層7上形成有填充整個深溝槽的多晶硅柵8，多晶硅柵8為各IGBT元胞的溝槽柵。在P阱2中形成有多個N+區3，各N+區3為各IGBT元胞的發射區，被溝槽柵覆蓋的P阱2的表面用于形成溝道，該溝道連接各N+區3和各P阱2底部的N型硅襯底1。在硅襯底1的表面形成有層間膜9，層間膜9中形成有金屬接觸孔并填充金屬同時引出各N+區3和P阱2并實現各N+區3和P阱2和正面金屬11的連接。在區域A的背面表面形成有P+區5，該P+區5作為整個IGBT的集電區，集電區5通過背面金屬12引出。?

區域B中，由P阱2組成FRD器件的P型區，在硅襯底1的背面形成有N+區4，由P阱2、N+區4和位于兩者之間的N型硅襯底1組成FRD器件的二極管結構。N+區4也通過背面金屬12引出。?

由圖1可知，標記6所示區域范圍為整個IGBT器件的工作區，標記10所示區域?范圍為整個IGBT器件的工作區。?

由上可以看出，現有圖1所示的集成方式存在如下不足之處：?

1）從結構上看還是屬于兩塊芯片并聯，面積損耗并非最小；?

2）深溝槽（trench）兩邊溝道均工作，即多晶硅柵8的兩側都會形成一個溝道，相對于單邊工作，另一邊提供空穴注入的結構，導通壓降比較大。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種嵌入FRD的IGBT器件，能節省芯片面積，并能降低導通壓降。為此，本發明還提供一種嵌入FRD的IGBT器件的制造方法。?

為解決上述技術問題，本發明提供的嵌入FRD的IGBT器件形成于N型硅襯底上并由多個IGBT元胞和多個FRD元胞交替排列形成。?

在所述N型硅襯底的正面形成有多個局部場氧層（LOCOS），所述局部場氧層定義出所述多個IGBT元胞區域位置和所述多個FRD元胞區域位置，各所述IGBT元胞區域位置位于兩相鄰的所述局部場氧層之間，各所述FRD元胞區域位置位于各所述局部場氧層所覆蓋區域。?

在各所述局部場氧層底部的所述N型硅襯底中形成有第一P+區，所述第一P+區的頂部和所述局部場氧層的底部接觸，該第一P+區組成對應的所述FRD元胞的P型區。?

在各所述局部場氧層的兩側都分別形成有一個第一深溝槽，所述第一深溝槽的深度大于所述第一P+區的深度，所述第一深溝槽的一個側面和對應的所述局部場氧層以及所述第一P+區接觸，所述第一深溝槽的另一個側面和位于各所述局部場氧層之間的所述N型硅襯底接觸，所述第一深溝槽中的底部表面和側面形成有柵介質層，在所述柵介質層上形成有將所述第一深溝槽完全填充的多晶硅柵，由填充于所述第一深溝槽中的所述多晶硅柵組成各所述IGBT元胞的溝槽柵。?

在各相鄰的兩個所述局部場氧層中的所述N型硅襯底中形成有P阱，所述P阱的深度小于所述第一深溝槽的深度，各所述溝槽柵從一個側面對所述P阱覆蓋。?

在各所述P阱的表面形成有第一N+區，由所述第一N+區組成各所述IGBT元胞的發射區，由被所述溝槽柵覆蓋的所述P阱表面形成各所述IGBT元胞的溝道，所述溝道連接對應的所述發射區和所述P阱底部的所述N型硅襯底。?

在所述第一P+區的上方形成有正面金屬接觸引出各所述FRD元胞的P型區，在所述發射區的上方形成有正面金屬接觸引出各所述IGBT元胞的發射區和所述P阱。?