[发明专利]一种具备栅极自钳位功能的三维IGBT及其制造方法

权利要求书

1.一种具备栅极自钳位功能的三维IGBT，包括沿垂直方向自底向上依次层叠设置的阳极(10)、P型阳极区(9)、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(8)，栅电极(8)还沿栅氧化层(3)侧面垂直向下延伸至与第二P型阱区(22)接触；在N型漂移区(1)上表面另一侧具有阴极(7)，阴极(7)下表面与第一N型阱区(51)、第一P型阱区(21)接触；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(8)和阴极(7)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(8)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(7)、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：在器件表面第一次淀积BPSG绝缘介质层(6)，刻蚀欧姆接触孔，绝缘介质层(6)完全覆盖多晶硅(3)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(7)，阴极(7)下表面同时与N型阱区(51)和P型阱区(4)接触；

第八步：在器件表面淀积BPSG绝缘介质层(6)，刻蚀欧姆接触孔，绝缘介质层(6)完全覆盖阴极(7)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(8)，栅电极(8)覆盖多晶硅(4)上表面并沿多晶硅(4)侧面延伸至与第二P型阱区(22)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(9)；

第十二步：背金，在P型阳极区(9)底部淀积阳极金属形成阳极(10)。