[发明专利]一种具有寄生二极管的三维MOS栅控晶闸管及其制造方法

权利要求书

1.一种具有寄生二极管的MOS栅控晶闸管，包括沿垂直方向自底向上依次层叠设置的阳极金属(11)、P型阳极区(10)、N型漂移区(1)；其特征在于，沿横向方向，在N型漂移区(1)上层两侧分别具有第一P型阱区(21)和第二P型阱区(22)，沿纵向方向，在第一P型阱区(21)和第二P型阱区(22)之间的N型漂移区(1)中部，还具有第三P型阱区(23)，第三P型阱区(23)在横向方向上分别连接第一P型阱区(21)和第二P型阱区(22)；所述垂直方向、横向方向和纵向方向构成三维方向；第一P型阱区(21)上层具有第一N型阱区(51)，第二P型阱区(22)上层具有第二N型阱区(52)；在N型漂移区(1)上表面一侧具有栅氧化层(3)，栅氧化层(3)的下表面分别与N型漂移区(1)、第二P型阱区(22)、第三P型阱区(23)和第二N型阱区(52)接触，栅氧化层(3)上表面具有多晶硅(4)与栅电极(9)，栅电极(9)还沿栅氧化层(3)侧面垂直向下延伸至与第二N型阱区(52)接触；在N型漂移区(1)上表面另一侧具有阴极(8)，阴极(8)下表面与第一N型阱区(51)、第一P型阱区(21)接触；在栅电极(9)与阴极(8)之间的第一N型阱区(51)上层还具有P型源区(6)，且P型源区(6)的上表面分别与栅氧化层(3)和阴极(8)接触；栅氧化层(3)和多晶硅(4)与阴极(8)之间通过绝缘介质层(7)完全隔离；所述第一P型阱区(21)、第二P型阱区(22)、第三P型阱区(23)、第二N型阱区(52)、栅电极(9)和阴极(8)构成寄生二极管结构，第二N型阱区(52)与第二P型阱区(22)构成寄生二极管PN结，栅电极(9)与第二N型阱区(52)上表面接触的部分作为寄生二极管的阴极，阴极(8)、第一P型阱区(21)、第三P型阱区(23)和第二P型阱区(22)接触的部分作为寄生二极管的阳极。

2.一种具备栅极自钳位功能的三维IGBT的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：采用衬底硅片制作结终端，形成N型漂移区(1)；

第二步：在N型漂移区(1)上表面通过离子注入和推结形成第一P型阱区(21)，第二P型阱区(22)和第三P型阱区(23)，其中，沿横向方向，第一P型阱区(21)和第二P型阱区(22)位于N型漂移区(1)上层两侧，沿纵向方向，第三P型阱区(23)位于第一P型阱区(21)和第二P型阱区(22)之间的N型漂移区(1)中部，第三P型阱区(23)在横向方向上分别连接第一P型阱区(21)和第二P型阱区(22)；

第三步：在N型漂移区(1)上表面通过热氧生长栅氧化层(3)，在栅氧化层(3)表面和边缘淀积多晶硅(4)，并进行刻蚀，其中栅氧化层(3)下表面与全部的第三P型阱区(23)上表面，部分的第一P型阱区(21)的第二P型阱区(22)上表面接触；

第四步：在第一P型阱区(21)中注入N型杂质形成第一N型阱区(51)，在第二P型阱区(22)中注入N型杂质形成第二N型阱区(52)，且部分第一N型阱区(51)与部分第二N型阱区(52)的上表面与栅氧化层(3)的底部接触；

第五步：在第一N型阱区(51)中注入P型杂质形成P型源区(6)；

第六步：在器件表面第一次淀积BPSG绝缘介质层(7)，刻蚀欧姆接触孔，绝缘介质层(7)完全覆盖多晶硅(4)的上表面和侧面；

第七步：在器件正面淀积第一层金属并刻蚀第一层金属，形成阴极(8)，阴极(8)下表面同时与第一N型阱区(51)和第一P型阱区(21)接触；

第八步：在器件表面淀积BPSG绝缘介质层(7)，刻蚀欧姆接触孔，绝缘介质层(7)完全覆盖阴极(8)的上表面和侧面；

第九步：在器件正面淀积第二层金属，形成栅电极(9)，栅电极(9)覆盖多晶硅(4)上表面并沿多晶硅(4)侧面延伸至与第二N型阱区(52)接触；

第十步：淀积钝化层；

第十一步：对N型漂移区(1)下表面进行减薄、抛光处理，离子注入并进行激活，形成P型阳极区(10)；

第十二步：背金，在P型阳极区(10)底部淀积阳极金属(11)形成阳极结构。