一种具有分离式集电极的平面栅igbt的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种功率半导体器件，具体讲涉及一种具有分离式集电极的平面栅 IGBTo
【背景技术】
[0002]绝缘栅双极晶体管(Insulate-GateBipolar Transistor一IGBT)综合了电力晶体管(Giant Transistor—GTR)和电力场效应晶体管(Power M0SFET)的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件:栅极，集电极和发射极。
[0003]绝缘栅双极晶体管IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是 MOS 结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流1A以上、频率为IkHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器(逆变器)、照相机的频闪观测器、感应加热(Induct1nHeating)电饭锅等领域。根据封装的不同，IGBT大致分为两种类型，一种是模压树脂密封的三端单体封装型，从TO - 3P到小型表面贴装都已形成系列。另一种是把IGBT与FWD(FleeWheelD1de)成对地(2或6组)封装起来的模块型，主要应用在工业上。模块的类型根据用途的不同，分为多种形状及封装方式，都已形成系列化。
[0004]IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。MOSFET由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS (on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了 RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT高出很多。IGBT较低的压降，转换成一个低VCE (sat)的能力，以及IGBT的结构，与同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。
[0005]IGBT(绝缘栅双极晶体管)同时具有单极性器件和双极性器件的优点，驱动电路简单，控制电路功耗和成本低，通态压降低，器件自身损耗小，是未来高压大电流的发展方向。
[0006]IGBT器件有源区是由许多表面MOSFET结构的源胞单位构成，背面为P型集电极结构。传统的平面栅IGBT器件关断过程中的拖尾电流、关断损耗和IGBT器件反向恢复电荷很大，极易损坏IGBT器件，因此，需要一种减小IGBT器件关断过程中的拖尾电流，减小器件关断损耗，且可以减小器件的反向恢复电荷的平面栅IGBT器件。
[0007]为了减小IGBT器件关断过程中的拖尾电流，减小器件关断损耗，可以减小器件的反向恢复电荷，通过背面增加浅凹槽或氧化层隔离结构形成分离式集电极，此结构可以有效抑制IGBT器件的空穴注入效率，避免过大的反向恢复电荷；可以有效抑制IGBT器件关断过程中的拖尾电流，降低关断损耗；同时还可以使得开关速度更快。
【实用新型内容】
[0008]为解决上述现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种具有分离式集电极的平面栅IGBT，本实用新型提供的人平面栅IGBT器件有效抑制IGBT器件的空穴注入效率，避免过大的反向恢复电荷；可以有效抑制IGBT器件关断过程中的拖尾电流，降低关断损耗；同时还可以使得开关速度更快。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
[0009]本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的:
[0010]本实用新型提供一种具有分离式集电极的平面栅IGBT，所述平面栅IGBT包括衬底、从上到下依次设置在衬底上的正面金属电极、隔离氧化膜和平面栅极，平面栅极与衬底之间的P阱区，从上到下依次设置于P阱区内N+型掺杂区和P+型掺杂区，依次设置于衬底背面的背面N型低浓度掺杂缓冲区和背面P+集电区；其特征在于，在背面P+集电区上设有采用绝缘介质填充的背面凹槽，所述背面凹槽深度大于、等于或小于背面P+集电区的厚度，所述绝缘介质完全或者部分填充凹槽，所述绝缘介质与P+集电区有交叠，以避免背面金属电极和N型材料接触。
[0011]进一步地，所述绝缘介质填充部分和背面凹槽形成IGBT背面隔离氧化层。
[0012]进一步地，所述衬底包括:电场截止FS型衬底和非穿通NPT型衬底。
[0013]进一步地，当衬底采用软穿通SPT型或电场截止FS型时，所述平面栅IGBT包括位于N型单晶硅片衬底背面的N型低浓度缓冲区；若衬底采用非穿通NPT型时，则不需要N型低浓度缓冲区。
[0014]进一步地，所述平面栅IGBT的击穿电压为600V至6500V。
[0015]与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有的优异效果是:
[0016](一 )本实用新型通过增加浅凹槽或氧化层隔离结构，形成具有分离式集电极结构的平面栅IGBT，可以有效抑制IGBT器件的空穴注入效率，避免过大的反向恢复电荷，降低IGBT器件关断过程中的拖尾电流，降低关断损耗，提高器件开关速度。
[0017](二)该结构也可以用于沟槽栅结构，背面浅凹槽或氧化层隔离结构可以为任意形状。
[0018](三)所采用的制造加工工艺为IGBT芯片通用工艺，易实现。
[0019]为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
【附图说明】
[0020]附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0021]图1是本实用新型提供的一种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT剖面示意图；
[0022]图2是本实用新型提供的另一种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT剖面示意图；
[0023]图3是本实用新型提供的第二种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT剖面示意图；
[0024]图4是本实用新型提供的第三种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT剖面示意图；
[0025]图5是本实用新型提供的第四种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT剖面示意图；
[0026]图6是本实用新型提供的一种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT背面表面示意图；
[0027]图7是本实用新型提供的另一种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT背面表面示意图；
[0028]图8是本实用新型提供的第二种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT背面表面示意图；
[0029]图9是本实用新型提供的第三种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT背面表面示意图；
[0030]图10是本实用新型提供的第四种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT背面表面示意图；
[0031]图11是本实用新型提供的第五种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT背面表面示意图；
[0032]其中:01-N型单晶硅片衬底，02-N型低浓度掺杂缓冲区，04-P阱区、05-N+型掺杂区，06-P+型掺杂，07-P+集电区，08-隔离氧化膜，09-正面金属电极，10-背面金属电极，11-背面隔离氧化层。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0034]以下描述和附图充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本实用新型的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本实用新型的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“实用新型”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的实用新型，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个实用新型或实用新型构思。
[0035]本实用新型提供一种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT，其剖面示意图和平面栅IGBT背面表面示意图分别如图1和6所示，平面栅IGBT包括衬底01、从上到下依次设置在衬底上的正面金属电极09、隔离氧化膜08和平面栅极03，平面栅极03与衬底01之间的P阱区04，从上到下依次设置于P阱区04内N+型掺杂区05和P+型掺杂区06，依次设置于衬底背面的背面N型低浓度掺杂缓冲区02、P+集电区07和背面金属电极10 ;在背面金属电极10的背面P+集电区上设有采用绝缘介质填充的背面凹槽，所述背面凹槽深度等于背面P+集电区的厚度，所述绝缘介质完全填充凹槽，;所述绝缘介质填充部分和背面凹槽形成IGBT背面隔离氧化层11。本实用新型提供的另一种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT剖面示意图；第二种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT剖面示意图；第三种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT剖面示意图和第四种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT剖面示意图分别如图2-5所示，其对应的平面栅IGBT背面表面示意图如图7-11所示。
[0036]图2是本实用新型提供的另一种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT剖面示意图，平面栅IGBT包括衬底01、从上到下依次设置在衬底上的正面金属电极09、隔离氧化膜08和平面栅极03，平面栅极03与衬底01之间的P阱区04，从上到下依次设置于P阱区04内N+型掺杂区05和P+型掺杂区06，依次设置于衬底背面的背面N型低浓度掺杂缓冲区02、P+集电区07和背面金属电极10 ;在背面金属电极10的背面P+集电区上设有采用绝缘介质填充的背面凹槽，所述背面凹槽深度大于背面P+集电区的厚度，所述绝缘介质完全填充凹槽；所述绝缘介质填充部分和背面凹槽形成IGBT背面隔离氧化层11。
[0037]图3是本实用新型提供的另一种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT剖面示意图，平面栅IGBT包括衬底01、从上到下依次设置在衬底上的正面金属电极09、隔离氧化膜08和平面栅极03，平面栅极03与衬底01之间的P阱区04，从上到下依次设置于P阱区04内N+型掺杂区05和P+型掺杂区06，依次设置于衬底背面的背面N型低浓度掺杂缓冲区02、P+集电区07和背面金属电极10 ;在背面金属电极10的背面P+集电区上设有采用绝缘介质填充的背面凹槽，所述背面凹槽深度小于背面P+集电区的厚度