[实用新型]一种具有内置二极管的IGBT结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体设计及制造技术领域，特别涉及一种具有内置二极管的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）结构。

背景技术

IGBT结合了功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect- Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管）及功率晶体管的优点，具有工作频率高，控制电路简单，电流密度高，通态压低等特点，广泛应用于功率控制领域。在实际应用中，IGBT很少作为一个独立器件使用，尤其在感性负载的条件下，IGBT需要一个快恢复二极管续流。因此现有的IGBT产品，一般采用反并联一个二极管以起到续流作用，保护IGBT。

为降低成本，反并联的二极管可以集成在IGBT芯片内，即集成反并联二极管的IGBT或具有内置二极管的IGBT。图1为典型的具有内置二极管的IGBT结构剖面图。如图1所示，以n沟道IGBT为例，该IGBT包括：半导体衬底207’，形成在衬底207’中的两个p型阱区206’，分别形成在每个p型阱区206’中的表面区域的n型源区205’，依次形成在半导体衬底207’的正面上的第一绝缘层204’、多晶硅层203’、第二绝缘层202’和金属电极201’，形成在半导体衬底207’的背面上的p型集电区208’、n型集电区209’和金属电极210’。其中，半导体衬底207’为n-漂移区，多晶硅层203’为门极，金属电极210’连接p型集电区208’和n型集电区209’构成集电极，金属电极201’连接两个p型阱区206’和两个n型源区205’构成发射极。

集成反并联二极管的IGBT的背面区域引入n型集电区的209’，由于n型集电区209’相对p型阱区206’的位置变化将会引起器件过流路径的变化，从而导致器件性能发生变化。因此，为保证产品性能一致性，在制作集成反并联二极管的IGBT的背面区域时，在光刻工艺中，需要将晶圆背面的掩膜板（mask）图案与已形成的晶圆正面结构的图案进行对准。由于在进行背面光刻时，晶圆已经翻转为背面朝上，普通的单面光刻机无法利用正面的对准标记，故背面的n型集电区的209’的图案无法与正面结构的图案对准，需要采用昂贵的双面光刻机。

发明内容

本实用新型的目的旨在至少解决上述技术缺陷，特别是解决具有内置二极管的IGBT的背面结构与正面结构的需要采用昂贵的双面光刻机才能对准的问题，提供一种具有内置二极管的IGBT结构，利用单面光刻机完成晶圆背面结构与正面结构的自对准，并且提高器件的稳定性。

为达到上述目的，本实用新提出了一种具有内置二极管的IGBT结构，包括：半导体衬底；多个条形元胞区，所述多个条形元胞区形成在所述半导体衬底的第一表面，且沿第一方向平行排列，每个所述条形元胞区包括：形成在所述半导体衬底中的第一阱区和第二阱区，位于所述第一阱区和第二阱区之间的积累区，形成在所述第一阱区中的第一源区，形成在所述第二阱区中的第二源区，和形成在所述半导体衬底上的第一绝缘层、栅极层、第二绝缘层、第一金属层，其中，所述第一绝缘层覆盖部分所述第一源区、部分所述第一阱区、所述积累区、部分所述第二阱区、部分所述第二源区，所述栅极层形成在所述第一绝缘层上，所述第二绝缘层覆盖部分所述第一源区、所述栅极层、部分所述第二源区，所述第一金属层覆盖部分所述第一阱区、所述第二绝缘层、部分所述第二阱区，所述第一金属层的两个端部分别嵌入所述第一阱区、所述第二阱区、所述第一源区以及所述第二源区中，且所述第一金属层的两个端部分别与部分所述第一阱区、部分所述第二阱区、部分所述第一源区以及部分所述第二源区重叠，其中，所述第一金属层的两个端部嵌入所述第一阱区、所述第二阱区中的深度大于所述第一源区、所述第二源区分别嵌入所述第一阱区、所述第二阱区中的深度；和多个第一类型条形掺杂区和多个第二类型条形掺杂区，所述多个第一类型条形掺杂区和多个第二类型条形掺杂区形成在所述半导体衬底的第二表面，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，所述多个第一类型条形掺杂区和多个第二类型条形掺杂区上形成有第二金属层。

其中，第一类型条形掺杂区和第二类型条形掺杂区分布为第一类型集电区和第二类型集电区，第一类型集电区与条形元胞区构成IGBT结构，第二类型集电区与条形元胞区构成MOSFET结构，MOSFET结构寄生的二极管构成IGBT的反并联二极管。