[实用新型]一种沟槽RC-IGBT器件结构

说明书

一种沟槽RC‑IGBT器件结构，主要包括N型衬底及设置在N型衬底顶部的P阱层，所述P阱层上通过第一接触孔和第二接触孔连接有金属层，所述第一接触孔两侧的P阱层内朝向N型衬底一侧分别设置有沟槽，该沟槽内通过氧化层设置有与沟槽形状对应的多晶硅层，所述N型衬底靠近第一接触孔的一侧设置有与P阱层接触的N型电荷储存层，所述N型衬底的底部设置有N型场终止层；所述金属层为阶梯状结构，且第一接触孔上部金属层的高度高于第二接触孔上部金属层的高度，所述金属层及金属层覆盖区域依次形成了IGBT单胞区及FRD单胞区，N型衬底上未设置金属层的一侧形成了终端区域；它具有工艺控制简单，与通用的沟槽型IGBT工艺兼容等特点。

技术领域

本实用新型属于半导体器件制造技术领域，具体涉及一种沟槽RC-IGBT器件结构。

背景技术

现代电力电子电路中的主回路不论是采用换流关断的晶闸管，还是采用有自关断能力的新型电力电子器件，如GTO，MOSFET，IGBT等，都需要一个与之并联的功率快恢复二极管，以通过负载中的无功电流，减小主开关器件电容的充电时间，同时抑制因负载电流瞬时反向时由寄生电感感应产生的高电压。

作为新型电力半导体器件的主要代表，IGBT被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。目前，市场上的IGBT器件的耐压高达6500V,单管芯电流高达200A,频率达到300KHz。在高频大功率领域，目前还没有任何一个其它器件可以代替它。随着半导体材料和加工工艺的不断进步，采用沟槽技术的IGBT器件已成为主流产品。同时对沟槽IGBT器件电学性能的要求也越来越高。在实际应用中，为了精简封装工艺以及成品尺寸，需要集成IGBT和FRD于一体。现有的RC-IGBT器件由于结构限制，IGBT性能不受影响的情况下无法单独对FRD器件进行少子寿命控制工艺。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种工艺控制简单，与通用的沟槽型IGBT工艺兼容，并且单独可优化FRD性能的沟槽RC-IGBT器件结构及其制作方法。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，一种沟槽RC-IGBT器件结构，主要包括N型衬底及设置在N型衬底顶部的P阱层，所述P阱层上通过第一接触孔和第二接触孔连接有金属层，所述第一接触孔两侧的P阱层内朝向N型衬底一侧分别设置有沟槽，该沟槽内通过氧化层设置有与沟槽形状对应的多晶硅层，所述N型衬底靠近第一接触孔的一侧设置有与P阱层接触的N型电荷储存层，所述N型衬底的底部设置有N型场终止层；所述金属层为阶梯状结构，且第一接触孔上部金属层的高度高于第二接触孔上部金属层的高度，所述金属层及金属层覆盖区域依次形成了IGBT单胞区及FRD单胞区，N型衬底上未设置金属层的一侧形成了终端区域。

一种沟槽RC-IGBT器件结构的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：

（1）在选定的N型衬底或者区熔片上定义有源区，生长场区氧化层；

（2）根据终端结构和有源区单胞的设计，选择性的定义深P阱；

（3）光刻沟槽图形，干法刻蚀硅衬底，此次的沟槽同时定义了有源区栅极沟槽；

（4）生长栅极氧化层，淀积原位参杂的多晶硅材料填充沟槽；然后光刻栅极图形，刻蚀多晶硅形成顶层结构的栅极；

（5）注入P型杂质并扩散形成浅P阱作为沟道区，浅P阱沟道区也可选择形成在定义沟槽之前；

（6）光刻N型源区注入N型杂质，然后淀积氧化层或者氮化硅等绝缘材料并退火致密，光刻接触孔，刻蚀绝缘层裸露出之前形成的所有元胞的P阱区和N型源区硅表面；

（7）注入P型杂质并激活，确保P阱区与顶层金属的欧姆接触；