，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。
[0038]图4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，所述背面凹槽深度等于背面P+集电区的厚度，所述绝缘介质部分填充凹槽；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。
[0039]图5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，所述绝缘介质部分填充凹槽，所述绝缘介质与P+集电区有交叠，避免背面金属电极和N型材料接触；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。
[0040]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，11为背面隔离氧化层，07为背面集电区。IGBT背面隔离氧化层11可以为任意形状、任意分布，如图7-11所示。
[0041]所述衬底为均匀掺杂的N型单晶硅片衬底，所述N型单晶硅片衬底包括从上到下依次分布的衬底N-层以及衬底N+层。所述N型单晶硅片衬底包括:
[0042]A、电场截止FS型衬底:形成方式是先将均匀掺杂的N型单晶硅片进行衬底减薄至所需要的衬底厚度；正面采用氧化和淀积的方式生长保护牺牲层，然后采用离子注入方式进行硅片背面的N型低浓度缓冲区进行掺杂；采用高温长时间热退火方式对N型低浓度缓冲区的杂质进行激活与推结，形成N型低浓度掺杂缓冲区；最后形成终端结构和有源区元胞结构；最后通过掺杂注入形成衬底背面P型电导调制层；
[0043]所述N型低浓度掺杂缓冲区的最高掺杂浓度为N型单晶硅片衬底浓度的5e2至le4 倍；
[0044]B、非穿通NPT型衬底:形成方式是先进行终端结构和有源区源胞结构的形成；在IGBT器件表面结构形成后，进行均匀掺杂的N型单晶硅片减薄至所需要的衬底厚度；最后形成衬底背面P型电导调制层掺杂注入。
[0045]当N型单晶硅片衬底采用软穿通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N型单晶硅片衬底采用非穿通NPT型时，则不需要N型低浓度缓冲区。
[0046]本实用新型还提供一种具有分离式集电极结构的平面栅IGBT的制作方法，包括下述步骤:
[0047](—)对N型单晶硅片衬底01预处理:所述N型单晶硅片衬底的N杂质掺杂浓度与厚度需要根据平面栅IGBT不同的击穿电压和正向导通压降需求(600V至6500V)进行选择，并通过酸、碱、去离子水超声清洗工序，对N型单晶硅片衬底表面进行化学处理；
[0048]( 二 )制作N型低浓度掺杂缓冲区:对均匀掺杂的N型单晶硅片衬底正面采用氧化或淀积的方式生长保护牺牲膜质，在硅片背面采用离子注入方式进行N型低浓度掺杂发缓冲区的杂质生成，再进行温度为1100度至1150度，时间为600分钟至1800分钟的高温长时间退火工艺，进行离子的激活与推结，推结到所需要的深度，形成N型低浓度掺杂缓冲区后去除正面保护牺牲层膜质，若软穿通SPT型或电场截止FS型时需要N型低浓度掺杂缓冲区，若衬底为非穿通NPT型时则不需要N型低浓度掺杂缓冲区；
[0049](三)制作平面栅极:对均匀掺杂的N型单晶硅片衬底进行高温氧化的方式，在硅片表面生长0.1至0.2微米的氧化膜，并采用淀积方式生长多晶硅电极，再进行光刻和刻蚀形成平面栅极；
[0050](四)制作P阱区:对平面栅极形成的栅极开口通过注入方式进行P型掺杂，再进行高温退火，将P型掺杂推结到4至6微米，形成IGBT有源区的P阱区；
[0051](五)制作N+型掺杂区:淀积光刻胶，通过光刻形成掩膜，对P阱区的多晶开口采用注入方式进行N+掺杂，形成N+型掺杂区；
[0052](六)制作平面栅IGBT表面P+型掺杂区:通过淀积方式生长氧化膜，全面反刻形成多晶侧壁保护结构，采用自对准离子注入方式进行P+掺杂，形成P+型掺杂区；
[0053](七)制作平面栅IGBT背面P+集电区:若衬底采用软穿通SPT型或者电场截止FS型，在硅片背面采用离子注入方式进行P+掺杂区域的杂质生成，再进行退火工艺，进行离子的激活与推结，推结到0.5至I微米范围内；若衬底采用非穿通NPT型，则在背面金属电极结构前制作背面P+掺杂区；
[0054](八)制作芯片背面隔离氧化层结构:淀积光刻胶，通过光刻形成掩膜，刻蚀P+集电区，形成背面凹槽，凹槽深度可选择大于、等于或者小于P+集电区的厚度，采用淀积或蒸发方式生长绝缘介质，填充凹槽，可完全填充也可以部分填充，填充介质到下面P+集电区大约为0-1微米；绝缘介质必须部分覆盖P+集电区，避免背面集电极金属和N型材料接触，此步骤为本实用新型的最关键步骤。
[0055](九)制作正面金属电极:使用化学淀积方式生长硼磷掺杂玻璃膜质，进行平面栅IGBT器件隔离，进行接触孔的光刻和刻蚀形成隔离氧化膜结构，使用物理淀积或蒸发方式生长铝合金，进行金属的光刻和刻蚀，形成正面金属电极，完成了平面栅IGBT正面电极连接;
[0056](十)制作背面金属电极:对N型单晶硅片衬底进行研磨减薄或湿法刻蚀洗净，采用物理淀积或蒸发形成背面金属电极，完成平面栅IGBT背面电特性连接。
[0057]本实用新型提供的一种具有分离式集电极的平面栅IGBT，在传统的平面栅型IGBT基础上，通过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。
[0058]应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
[0059]在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本实用新型处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本实用新型单独的优选实施方案。
[0060]上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
[0061]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一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。
2.如权利要求1所述的平面栅IGBT，其特征在于，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。
3.如权利要求1所述的平面栅IGBT，其特征在于，所述衬底包括:电场截止FS型衬底和非穿通NPT型衬底。
4.如权利要求3所述的平面栅IGBT，其特征在于，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。
5.如权利要求1-4中任一项所述的平面栅IGBT，其特征在于，所述平面栅IGBT的击穿电压为600V至6500V。
【专利摘要】本实用新型涉及一种具有分离式集电极的平面栅IGBT，包括衬底、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，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型低掺杂缓冲区和背面P+集电区，在背面P+集电区上设有采用绝缘介质填充的背面凹槽，背面凹槽深度大于、等于或小于背面P+集电区的厚度，绝缘介质完全或部分填充凹槽，绝缘介质与P+集电区有交叠，本实用新型在传统的平面栅型IGBT基础上，通过增加浅凹槽或氧化层隔离结构形成分离式集电极，此结构有效抑制IGBT器件的空穴注入效率，避免过大的反向恢复电荷；有效抑制IGBT器件关断过程中的拖尾电流，降低关断损耗，使得开关速度更快。
【IPC分类】H01L21-331, H01L29-417, H01L21-28, H01L29-739
【公开号】CN204577432
【申请号】CN201520316286
【发明人】李晓平, 刘江, 赵哿, 高明超, 王耀华, 刘钺杨, 吴迪, 何延强, 李立, 乔庆楠, 曹功勋, 董少华, 金锐, 温家良
【申请人】国网智能电网研究院, 国网浙江省电力公司, 国家电网公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月15日