[发明专利]一种逆导IGBT芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，更具体地说，涉及一种逆导IGBT芯片及其制备方法。

背景技术

众所周知，IGBT大多数情况下使用在感性负载条件下，需要反并联FRD（fast recovery diode，快速恢复二极管）一起使用。其中一种制备方法是将IGBT芯片与FRD芯片的功能集成到一个芯片上，称之为反向导通IGBT或逆导IGBT。

现行制备逆导IGBT芯片的方法是基于元胞的概念进行逆导IGBT芯片的制备。该制备方法是对IGBT芯片上的IGBT元胞的集电极进行光刻，并进行选择性的P/N型掺杂，形成P、N型相间的结构，该掺杂结构充当IGBT的集电极和FRD的阴极，从而使原来的一个IGBT元胞形成包括IGBT部分和FRD部分的逆导IGBT元胞。因此，该制备方法必须十分准确地控制光刻的窗口大小及掺杂的浓度，才能得到性能良好的逆导IGBT。此外，逆导IGBT正向导通时的电流大小及反向导通时的电流大小均与集电极光刻窗口大小及掺杂浓度有关，这进一步缩小了集电极光刻窗口的设计范围，这给芯片设计及其工艺制备均带来了不小的难度。

发明内容

基于此，本发明提供了一种逆导IGBT芯片及其制备方法，以克服上述制备方法难度大的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种逆导IGBT芯片，包括，

第一导电类型衬底，所述衬底包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面相对，所述第一表面包括第一子表面、第二子表面和第三子表面，其中，所述第二子表面围绕所述第一子表面，所述第三子表面围绕所述第二子表面；

位于所述衬底第一表面之上的第一表面结构，所述第一表面结构包括，位于所述衬底第一子表面上的IGBT区，位于所述衬底第二子表面上的FRD区，以及位于衬底第三子表面上的终端区；所述IGBT区和所述FRD区均包括若干个并联的IGBT元胞，每个所述IGBT元胞包括第二导电类型的基区，所述FRD区还包括第二导电类型的扩散阱，所述扩散阱的结深大于所述基区的结深，所述扩散阱的掺杂浓度大于所述基区的掺杂浓度；

位于所述衬底第二表面之下的第二表面结构，所述第二表面结构包括，位于除与所述FRD区相对应的部分所述第二表面以外的其它所述第二表面下方的第一扩散层，位于与所述FRD区相对应的部分所述第二表面下方的第二扩散层，其中，所述第一扩散层的导电类型为第二导电类型，所述第二扩散层的导电类型为第一导电类型，所述第二扩散层的掺杂浓度大于所述第一扩散层的掺杂浓度；

所述第一导电类型和所述第二导电类型相反。

优选的，所述扩散阱的第一边界延伸至所述终端区内。

优选的，所述扩散阱与所述终端区重叠的长度为5～10μm。

优选的，所述扩散阱的第二边界位于第一预定IGBT元胞的基区和第二预定IGBT元胞的基区之间，其中，所述第一预定IGBT元胞为位于所述IGBT区内的相距所述FRD区最近的IGBT元胞，所述第二预定IGBT元胞为位于所述FRD区内的相距所述IGBT区最近的IGBT元胞。

优选的，所述FRD区面积与所述IGBT区的面积的比值为1:2。

优选的，还包括位于所述衬底第二表面下方的缓冲层。

优选的，所述缓冲层包括第一缓冲层和位于所述第一缓冲层下方的第二缓冲层；所述第二缓冲层的掺杂浓度大于所述第一缓冲层的掺杂浓度。

优选的，所述第一子表面位于所述第一表面的中心区域。

一种逆导IGBT芯片的制备方法，包括芯片第一表面结构的制备方法和芯片第二表面结构的制备方法，

所述芯片第一表面结构的制备方法，包括，

在第一导电类型衬底的第二子表面上方形成第一注入窗口；其中，所述衬底包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面相对，所述第一表面包括第一子表面、第二子表面和第三子表面，其中，所述第二子表面围绕所述第一子表面，所述第三子表面围绕所述第二子表面；

依据所述第一注入窗口，对衬底的第二子表面进行第二导电类型的离子注入，以形成第二导电类型的扩散阱：

对所述衬底的第一表面进行芯片常规正面加工，所述常规正面加工包括在所述第一子表面和所述第二子表面内制备若干个IGBT元胞，在所述第一子表面和所述第二子表面上方制备栅氧化层和多晶硅栅，在所述第三子表面制备终端区；每个所述IGBT元胞包括第二导电类型的基区，所述扩散阱的结深大于所述基区的结深，所述扩散阱的掺杂浓度大于所述基区的掺杂浓度；