[發明專利]絕緣柵雙極晶體管及其制造方法

在審

• 申請號: 201310307187.5
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN104299990A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 鐘圣榮;王根毅;鄧小社
• 申請（專利權）人: 無錫華潤上華半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄧云鵬

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別是涉及一種絕緣柵雙極晶體管及其制作方法。

背景技術

IGBT（Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，絕緣柵雙極晶體管）是由MOS（metal-oxide-semiconductor，絕緣柵型場效應管）和位于MOS溝道下方的BJT（Bipolar?Junction?Transistor，雙極型三極管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件。其具有輸入阻抗高、開關損耗小、速度快、電壓驅動功率小等特點，廣泛應用于高電壓、高電流、大功率和中高頻率的場合。

然而，由于IGBT襯底的PN結空穴注入機制的引入，IGBT也具有兩個問題：

一、器件內部出現寄生晶閘管結構，一定條件下器件容易產生閂鎖效應而失去控制能力，減小了安全工作區，引起器件的失效；因此，IGBT襯底中PN結的設計與制備對器件性能和可靠性能具有非常重要的影響。

二、由于電導調制使N漂移區中存儲了大量電子空穴對，關斷時大量過剩載流子需要一定時間才能完全抽取和復合，這會使得器件出現較長的電流拖尾，導致器件開關損耗增加，工作頻率比VDMOS減小了很多，限制了其在高頻領域的應用。

為了降低器件的開關損耗和提高閂鎖電流，許多學者做了大量工作提出了很多新型結構，如集電極短路結構（Collector-Short，CS）、透明集電極結構（Transparent-Collector，TC）、場阻結構（Field?Stop，FS）等。

其中，CS-IGBT是在傳統IGBT襯底集電極上引入N+短路區，所述N+短路區在關斷期間為漂移區過剩載流子的抽走提供了一條有效的通路，使得關斷時間大大縮短。

TC-IGBT是把空穴注入效率降低到0.5以下，使總電流中電子電流起主要作用，在關斷時，N區存儲的過剩電子能透過集電區迅速流出，可實現快速關斷。

FS-IGBT是在耐壓層與集電區之間加入一個比N區寬度小而摻雜濃度更高的N+型緩沖層，可使得電場強度在該層中迅速減小到零而達到電場中止，從而可以以較薄的耐壓層實現較大的擊穿電壓，使通態電阻降低和關斷損耗減小。

這些措施都在不同程度上優化了器件導通壓降與關斷損耗之間的矛盾關系，有效地提高了器件的性能。

發明內容

基于此，有必要針對器件導通壓降與關斷損耗之間的矛盾關系，提供一種新的解決辦法。

為此，本發明的技術方案中提供了一種絕緣柵雙極晶體管，所述絕緣柵雙極晶體管形成在半導體襯底上，包括位于半導體襯底表面的MOS結構和位于半導體襯底底部的PN結，其特征在于，還包括：若干位于所述半導體襯底底部的槽型結構，所述槽型結構貫穿所述半導體襯底底部的PN結的P區和N區，并將所述PN結分為多個區域；其中，所述槽型結構包括位于所述半導體襯底底部的金屬塊和位于所述金屬塊和半導體襯底之間的氧化層，所述金屬塊中的金屬的功函數小于所述半導體襯底材料的功函數。

可選的，所述槽型結構均為大小相同、形狀相同的條形或者方形結構，在每個絕緣柵雙極晶體管中，所述槽型結構為完整的條形或者方形結構。

可選的，所述槽型結構的寬度為1.0μm～4.0μm。

可選的，所述槽型結構的深度為3μm～7μm。

可選的，所述金屬塊中的金屬為Al。

另外，本發明的技術方案中還提供了一種如上所述的絕緣柵雙極晶體管的制造方法，包括：

在半導體襯底表面形成MOS結構；

在所述半導體襯底的背面進行摻雜形成PN結；

利用刻蝕工藝在所述半導體襯底的背面刻蝕若干溝槽，所述溝槽貫穿所述PN結的P區和N區，并將所述PN結分為多個區域；

在所述溝槽的內壁形成氧化層；

利用沉積工藝在所述溝槽內壁的氧化層上形成金屬至填滿所述溝槽，所述金屬的功函數小于半導體襯底材料的功函數。

可選的，所述溝槽均為大小相同、形狀相同的條形或者方形結構，在每個MOS結構所對應的所述半導體襯底的背面刻蝕至少一個完整的條形或者方形結構的溝槽。

可選的，所述溝槽的寬度為1.0μm～4.0μm。

可選的，所述溝槽的深度為3μm～7μm。

可選的，所述金屬為Al。