[發(fā)明專利]一種超結(jié)RB-IGBT器件結(jié)構(gòu)及其制造方法

在審

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• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN113725282A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳玉舟;劉鐵川;李欣;李菲;禹久贏
• 申請（專利權(quán)）人: 上海超致半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/08;H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31312
• 代理人: 梁劍

本發(fā)明公開了一種超結(jié)RB?IGBT器件結(jié)構(gòu)及其制造方法，包括：金屬化集電極層；P型集電區(qū)，所述P型集電區(qū)位于所述金屬化集電極層的上方；第一N型外延層，所述第一N型外延層位于P型集電區(qū)的上方；第二N型外延層，所述第二N型外延層位于第一N型外延層的上方；所述第一N型外延層中通過高能離子注入形成有P型埋層，且第一N型外延層中與P型埋層間隔設(shè)置有P柱，所述P柱通過深槽刻蝕和回填工藝形成。根據(jù)本發(fā)明，具有承受反向耐壓的能力，通過P型集電區(qū)設(shè)計(jì)可采取多種優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提升超結(jié)RB?IGBT器件的電學(xué)性能和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超結(jié)RB-IGBT器件結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

RB-IGBT(Reverse Blocking Insulated Gate Bipolar Transistor,逆阻型絕緣柵雙極晶體管)是一種具有反向阻斷能力的IGBT器件，正反向具有同等水平的耐壓能力。受現(xiàn)代數(shù)字交流系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和電能轉(zhuǎn)換模塊的發(fā)展和需求，R B-IGBT對于電能轉(zhuǎn)換效率、能源利用率、系統(tǒng)可靠性等至關(guān)重要。兩個(gè)RB- IGBT反并聯(lián)可以形成雙向開關(guān)，能對雙向流動(dòng)的電流進(jìn)行控制。相比于傳統(tǒng)的兩個(gè)普通IGBT和兩個(gè)FRD構(gòu)成的雙向開關(guān)，使用RB-IGBT不需要額外的FRD，節(jié)省元器件數(shù)量，同時(shí)減小了封裝體積。因此RB-IGBT適合在矩陣變換器、交流斬波器等AC-AC變換裝置中應(yīng)用。

傳統(tǒng)的RB-IGBT采用非穿通型(Non-Punch-Through,NPT)IGBT結(jié)構(gòu)制造。但NPT-IGBT反向耐壓時(shí)沒有結(jié)終端結(jié)構(gòu)，無法達(dá)到與正向相同的耐壓能力，因此當(dāng)前處理方式是在器件的終端區(qū)域制造貫穿整個(gè)芯片上下的重?fù)诫sP型區(qū)來作為反向耐壓的終端結(jié)構(gòu)(Takei,M；Natio,T；Ueno,K.The R everse Blocking IGBT for Matrix Converter WithUltra-Thin Wafer Technol ogy.Proceeding ISPSD2003,pp.129-132)。但對于600V及以上IGBT器件，重?fù)诫sP型區(qū)制造工藝復(fù)雜，且會(huì)占據(jù)巨大的芯片面積，增大了制造難度和成本。此外使用NPT結(jié)構(gòu)對IGBT器件正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗均有不利影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明的目的是提供一種超結(jié)RB-IGBT 器件結(jié)構(gòu)及其制造方法，具有承受反向耐壓的能力，通過P型集電區(qū)設(shè)計(jì)可采取多種優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提升超結(jié)RB-IGBT器件的電學(xué)性能和可靠性。為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的上述目的和其他優(yōu)點(diǎn)，提供了一種超結(jié)RB-IGBT器件結(jié)構(gòu)及其制造方法，包括：

金屬化集電極層；

P型集電區(qū)，所述P型集電區(qū)位于所述金屬化集電極層的上方；

第一N型外延層，所述第一N型外延層位于P型集電區(qū)的上方；

第二N型外延層，所述第二N型外延層位于第一N型外延層的上方；

所述第一N型外延層中通過高能離子注入形成有P型埋層，且第一N型外延層中與P型埋層間隔設(shè)置有P柱，所述P柱通過深槽刻蝕和回填工藝形成。

優(yōu)選的，所述第二N型外延層中通過反應(yīng)離子刻蝕形成有槽柵，所述槽柵的表面熱生長形成有柵氧化層，槽柵內(nèi)淀積有重?fù)诫s多晶硅。

優(yōu)選的，位于所述第二N型外延層的上方通過自對準(zhǔn)工藝離子注入退火形成有P型體區(qū)。

優(yōu)選的，所述槽柵遠(yuǎn)離第一N型外延層的一端兩側(cè)設(shè)置有重?fù)诫sN型發(fā)射區(qū)，且所述第二N型外延層的上方淀積有硼磷硅玻璃，所述硼磷硅玻璃的上方設(shè)置有上表面金屬化發(fā)射極。

優(yōu)選的，所述P型埋層的厚度與摻雜濃度根據(jù)器件進(jìn)行調(diào)整，且P型埋層相對于P型集電區(qū)的位置根據(jù)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，P型埋層的寬度由第一 N型外延層中的P柱決定。

優(yōu)選的，當(dāng)器件架構(gòu)為NPT結(jié)構(gòu)，P型埋層進(jìn)行浮空設(shè)置，且P型埋層與P型集電區(qū)相連；