CN117293026A - 一种混合mps二极管的制造方法及其rc-igbt器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合MPS二极管的制造方法，包括如下步骤：选取晶向为100、电阻率为20‑700Ω·cm的N型单晶硅衬底，通过等离子体增强化学气相沉积法沉积厚度为1‑3um的SiO2；此时的SiO2为硬掩模层，通过N型离子注入形成CS区，其中注入的N型离子为磷离子，注入剂量为1E12‑1E13，注入能量为1‑2MeV；使用光刻胶做掩膜进行SiO2刻蚀，去除光刻胶后采用干法刻蚀进行沟槽刻蚀，刻蚀深度为3‑10um，去除硬掩模层后进行牺牲氧化层生长，厚度为80‑120nm；本发明提供的一种混合MPS二极管的制造方法及其RC‑I GBT器件具有实现降低了Schottky结的漏电流，减小对I GBT耐压的影响的优点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种混合MPS二极管的制造方法及其RC-IGBT器件。
背景技术
目前，我国新型电力电子器件主要有VDMOS及IGBT类器件，而新材料电力电子器件的主要代表是SiC及GaN器件。SiC是典型的宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、临界电场高、载流子饱和速度高、物理化学性质稳定、硬度高、热稳定性好和热导率高等特点，非常适用于制作高温、抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电力电子器件。IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是在MOSFET和BJT基础上发展起来的一种新型复合功率器件，复合了二者的优点，具有MOS输入、双极输出功能，集BJT器件通态压降小、载流密度大、耐压高和功率MOSFET驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优点于一身。自问世以来，很快发展成为中高功率电力电子领域的主流功率开关器件。现已被广泛应用于工业控制、汽车电子、家电产品、网络通信等领域。
传统RC-IGBT是在背面集电极引入N+区作为反向并联FRD的阴极，当IGBT发射极正向偏置，集电极负压或接地时FRD导通，电流从IGBT正面流过PN结到背面集电极N+区。但由于IGBT正向导通时，IGBT的漂移区处在大注入的情况，当切换成反向并联FRD工作时，IGBT漂移区内的大量载流子复合会导致大的反向恢复电荷与反向恢复电流，从而增加FRD反向恢复损耗。此外，RC-IGBT会使用和FRD相同的载流子寿命控制技术，通过减小载流子寿命来降低反向恢复电流，但这将导致漂移区电阻率增大，进而增大IGBT的正向压降和饱和电压Vcesat，增大IGBT导通损耗。
发明内容
本发明提供了一种混合MPS二极管的制造方法及其RC-IGBT器件，具备实现降低了Schottky结的漏电流，减小对IGBT耐压的影响的优点，解决了现有技术中存在的问题。
根据本申请实施例提供的一种混合MPS二极管的制造方法，包括如下步骤：
选取晶向为100、电阻率为20-700Ω·cm的N型单晶硅衬底，通过等离子体增强化学气相沉积法沉积厚度为1-3um的SiO2；
此时的SiO2为硬掩模层，通过N型离子注入形成CS区，其中注入的N型离子为磷离子，注入剂量为1E12-1E13，注入能量为1-2MeV；
使用光刻胶做掩膜进行SiO2刻蚀，去除光刻胶后采用干法刻蚀进行沟槽刻蚀，刻蚀深度为3-10um，去除硬掩模层后进行牺牲氧化层生长，厚度为80-120nm；
使用湿法刻蚀去除牺牲氧化层后生长栅极氧化层，厚度为80-120nm，沉积多晶硅填充沟槽后刻蚀去除表面多晶硅，去除硬掩模层；
通过光刻和P型离子注入在衬底上分别形成P基区和P阳极，去胶后进行高温推结，其中注入的P型离子为硼离子，注入剂量为5E13-5E14；
通过光刻和N型离子注入形成N+发射极，注入的N型离子为砷离子或磷离子，注入剂量为5E14-5E16，注入能量为30-180KeV，去胶后退火。
优选地，还包括如下步骤：通过离子注入形成P+接触，其中第一次注入BF2，注入剂量为1E14-5E16，注入能量为20-120KeV，第二次注入硼离子，注入剂量为1E14-5E16，注入能量为20-120KeV；
进行退火激活杂质，沉积顶层金属，在N型单晶硅衬底背面注入磷离子形成N型场截止区，注入剂量为1E12-1E13，注入能量为200-800KeV，再注入硼离子形成P+集电极，注入剂量3E12-1E14，注入能量为20-120KeV，通过光刻注入砷离子或磷离子形成N+阴极，其中注入剂量5E12-5E16，注入能量为20-180KeV。
本发明还提供一种混合MPS二极管的RC-IGBT器件，根据上述一种混合MPS二极管的制造方法制成，所述混合MPS二极管的RC-IGBT器件通过引入MPS结构二极管作为RC-IGBT的反并联续流FRD。
本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明通过引入MPS结构二极管作为RC-IGBT的反并联续流FRD，在不影响IGBT正向导通性能下实现FRD快速恢复，减小空穴注入效率，降低反向恢复电流以及反向恢复损耗。
MPS二极管由于结合了Schottky和PIN结构，在不增大二极管正向VF的情况下降低了阳极注入效率，减小反向恢复电流以及反向恢复损耗；同时两侧的P阳极在I GBT正向耐压时对Schottky结区附近进行耗尽，降低了Schottky结的漏电流，减小对I GBT耐压的影响。
反向导通I GBT(RC-I GBT)是一种集成了I GBT与反向并联续流FRD的功率半导体器件，相比于传统I GBT模块，RC-I GBT模块具有高功率密度，更小芯片面积，低成本等优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种混合MPS二极管的RC-I GBT器件的结构示意图；
图2-图7为本发明一种混合MPS二极管的制造方法各步骤的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
本发明提供一种混合MPS二极管的RC-I GBT器件，本发明通过引入MPS结构二极管作为RC-I GBT的反并联续流FRD，如图1所示，在不影响I GBT正向导通性能下实现FRD快速恢复，减小空穴注入效率，降低反向恢复电流以及反向恢复损耗。
一种混合MPS二极管的制造方法包括如下步骤：
选取晶向为(100)、电阻率为20-700Ω·cm的N型单晶硅衬底(N-sub)，通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)沉积厚度为1-3um的SiO2，此时的SiO2为硬掩模层(HardMask)，通过N型离子注入形成CS区，其中注入的N型离子为磷离子，注入剂量为1E12-1 E13，注入能量为1-2MeV，使用光刻胶做掩膜进行SiO2刻蚀，去除光刻胶后得到如图2的结构，采用干法刻蚀进行沟槽刻蚀，刻蚀深度为3-10um，去除硬掩模层(Hard Mask)后进行牺牲氧化层生长，厚度为80-120nm，再使用湿法刻蚀去除牺牲氧化层后生长栅极氧化层，厚度为80-120nm，再沉积多晶硅填充沟槽后刻蚀去除表面多晶硅，再去除硬掩模层(Hard Mask)，如图3所示；
通过光刻和P型离子注入在衬底上分别形成P基区和P阳极，去胶后进行高温推结，其中注入的P型离子为硼离子，注入剂量为5E13-5E14，注入能量为20-150KeV，高温推结的温度为1000-1200℃，时间为30-600min，得到结构如图4所示；
通过光刻和N型离子注入形成N+发射极，其中注入的N型离子为砷离子或磷离子，注入剂量为5E14-5E16，注入能量为30-180KeV，去胶后退火，温度为800-1000℃，时间为30s-60min，如图5所示；
通过离子注入形成P+接触，其中第一次注入BF2，注入剂量为1E14-5E16，注入能量为20-120KeV，第二次注入硼离子，注入剂量为1E14-5E16，注入能量为20-120KeV，进行退火激活杂质，温度为800-1000℃，时间为30s-60min，沉积顶层金属，如图6所示；
在N型单晶硅衬底(N-sub)背面注入磷离子形成N型场截止区，其中注入剂量为1E12-1 E13，注入能量为200-800KeV，再注入硼离子形成P+集电极，其中注入剂量3E12-1E14，注入能量为20-120KeV，再通过光刻注入砷离子或磷离子形成N+阴极，其中注入剂量5E12-5E16，注入能量为20-180KeV，得到最终结构如图7所示。
本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明通过引入MPS结构二极管作为RC-I GBT的反并联续流FRD，在不影响I GBT正向导通性能下实现FRD快速恢复，减小空穴注入效率，降低反向恢复电流以及反向恢复损耗。
MPS二极管由于结合了Schottky和PIN结构，在不增大二极管正向VF的情况下降低了阳极注入效率，减小反向恢复电流以及反向恢复损耗；同时两侧的P阳极在IGBT正向耐压时对Schottky结区附近进行耗尽，降低了Schottky结的漏电流，减小对IGBT耐压的影响。
反向导通IGBT(RC-IGBT)是一种集成了IGBT与反向并联续流FRD的功率半导体器件，相比于传统IGBT模块，RC-IGBT模块具有高功率密度，更小芯片面积，低成本等优势。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种混合MPS二极管的制造方法，包括如下步骤：
选取晶向为100、电阻率为20-700Ω·cm的N型单晶硅衬底，通过等离子体增强化学气相沉积法沉积厚度为1-3um的SiO2；
此时的SiO2为硬掩模层，通过N型离子注入形成CS区，其中注入的N型离子为磷离子，注入剂量为1E12-1 E13，注入能量为1-2MeV；
使用光刻胶做掩膜进行SiO2刻蚀，去除光刻胶后采用干法刻蚀进行沟槽刻蚀，刻蚀深度为3-10um，去除硬掩模层后进行牺牲氧化层生长，厚度为80-120nm；
使用湿法刻蚀去除牺牲氧化层后生长栅极氧化层，厚度为80-120nm，沉积多晶硅填充沟槽后刻蚀去除表面多晶硅，去除硬掩模层；
通过光刻和P型离子注入在衬底上分别形成P基区和P阳极，去胶后进行高温推结，其中注入的P型离子为硼离子，注入剂量为1E13-5E14；
通过光刻和N型离子注入形成N+发射极，注入的N型离子为砷离子或磷离子，注入剂量为5E14-5E16，注入能量为30-180KeV，去胶后退火。
2.根据权利要求1所述的一种混合MPS二极管的制造方法，其特征在于，还包括如下步骤：通过离子注入形成P+接触，其中第一次注入BF2，注入剂量为1E14-5E16，注入能量为20-120KeV，第二次注入硼离子，注入剂量为1E14-5E16，注入能量为20-120KeV；
进行退火激活杂质，沉积顶层金属，在N型单晶硅衬底背面注入磷离子形成N型场截止区，注入剂量为1E12-5E13，注入能量为200-800KeV，再注入硼离子形成P+集电极，注入剂量3E12-1 E14，注入能量为20-120KeV，通过光刻注入砷离子或磷离子形成N+阴极，其中注入剂量5E12-5E16，注入能量为20-180KeV。
3.一种混合MPS二极管的RC-IGBT器件，根据权利要求1所述的一种混合MPS二极管的制造方法制成，其特征在于，所述混合MPS二极管的RC-IGBT器件通过引入MPS结构二极管作为RC-IGBT的反并联续流FRD。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Haiqiang Inventor after: Zhu Yonghua Inventor before: Teng Yuan Inventor before: Peng Xianchun Inventor before: Liu Kun Inventor before: Zhu Yonghua |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |