[發(fā)明專利]一種單片集成IGBT和FRD的半導(dǎo)體器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010557246.0
• 申請日: 2010-11-22
• 公開（公告）號: CN102044543A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁榮軍;劉國友;覃榮震;黃建偉;羅海輝
• 申請（專利權(quán)）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H01L27/06
• 分類號: H01L27/06
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明;王寶筠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別是涉及一種單片集成了IGBT和FRD的半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)具有通態(tài)壓降低、電流容量大、輸入阻抗高、響應(yīng)速度快和控制簡單的特點(diǎn)，被廣泛用于工業(yè)、信息、新能源、醫(yī)學(xué)、交通、軍事和航空領(lǐng)域。

參見圖1，示出現(xiàn)有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)俯視圖，該器件芯片為方形，中心部位是FWD區(qū)，F(xiàn)WD區(qū)外圍是IGBT區(qū)，IGBT區(qū)的外周是外圍區(qū)。參見圖2，示出現(xiàn)有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖，在FWD區(qū)采用溝槽柵結(jié)構(gòu)，在FWD區(qū)將二極管的陽極分成多個P+區(qū)，在外圍區(qū)為多個P+阱結(jié)構(gòu)。

上述器件雖然是將IGBT和FWD集成為一起，形成具有IGBT模塊的單元性功能的器件。但該器件的結(jié)構(gòu)是基于方形芯片來設(shè)計(jì)，在制造時，需要將晶圓切成多個方片，在各方片上集成IGBT和FWD，再將若干方片并聯(lián)壓接式封裝，形成完整實(shí)用的IGBT模塊。該方式制造過程相對復(fù)雜，對工藝要求較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種單片集成了IGBT和FRD的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件不需要切片就能直接進(jìn)行壓接式封裝而成為一個完整實(shí)用的IGBT模塊，并且該壓接式封裝與傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體壓接式封裝工藝相兼容。

本發(fā)明一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件將IGBT模塊封裝所需的全部IGBT和FRD集成在一片晶圓上，且IGBT和FRD反并聯(lián)設(shè)置；晶圓的邊緣部分為多級場限環(huán)區(qū)，中間部分為IGBT區(qū)和FRD區(qū)；IGBT和FRD位于同一N型襯底內(nèi)，具有多級場限環(huán)的終端結(jié)構(gòu)；IGBT由在襯底上依次注入發(fā)射極P阱、發(fā)射極歐姆接觸P+區(qū)、橫向MOSFEF?N+源極區(qū)、背部集電極P+區(qū)構(gòu)成；FRD由在硅襯底上注入陽極P阱和陰極N+構(gòu)成；多級場限環(huán)的終端結(jié)構(gòu)由在襯底上注入多個P阱和一個N阱而成。

優(yōu)選的，IGBT包括：一具有P型導(dǎo)電離子的第一P型擴(kuò)散區(qū)，于N型襯底內(nèi)形成一第一P型阱；一具有P+型導(dǎo)電離子的第一發(fā)射極擴(kuò)散區(qū)，于該第一P型阱內(nèi)形成一第一發(fā)射極區(qū)域；一具有N+型導(dǎo)電離子的第一N型擴(kuò)散區(qū)，于該第一發(fā)射極區(qū)域內(nèi)形成一第一N型區(qū)域；一具有P+型導(dǎo)電離子的第一集電極擴(kuò)散區(qū)，于該N型襯底背部形成一第一集電極區(qū)域。

優(yōu)選的，F(xiàn)RD包括：一具有P型導(dǎo)電離子的第二P型擴(kuò)散區(qū)，于N型襯底正面形成一第二P型區(qū)域。

優(yōu)選的，所述多級場限環(huán)的終端結(jié)構(gòu)包括：一具有P型導(dǎo)電離子的多個分離的P型擴(kuò)散區(qū)，于該N型襯底內(nèi)形成多個分離的P型區(qū)域以提供耐壓；一具有N型導(dǎo)電離子的第三N型擴(kuò)散區(qū)，于該N型襯底內(nèi)形成一第三N型擴(kuò)散區(qū)以提供電場截止特性。

優(yōu)選的，IGBT和FRD反并聯(lián)設(shè)置為：IGBT的發(fā)射極與FRD的陽極連接在一起，IGBT的集電極和FRD的陰極連接在一起。

優(yōu)選的，多級場限環(huán)區(qū)設(shè)置在晶圓的邊緣，中心為圓形的I?GBT區(qū)，I?GBT區(qū)與多級場限環(huán)區(qū)之間為FRD區(qū)。

優(yōu)選的，多級場限環(huán)區(qū)設(shè)置在晶圓的邊緣，IGBT區(qū)和FRD區(qū)間隔著一圈圈排布在晶圓中間部位，其中晶圓中心為IGBT區(qū)。

優(yōu)選的，多級場限環(huán)區(qū)設(shè)置在晶圓的邊緣，IGBT區(qū)和FRD區(qū)間隔著一圈圈排布在晶圓中間部位，其中晶圓中心為FRD區(qū)。

優(yōu)選的，多級場限環(huán)區(qū)設(shè)置在晶圓的邊緣，IGBT區(qū)為多個小圓形，分布在晶圓的中間部位，IGBT區(qū)周圍分布FRD區(qū)。

優(yōu)選的，多級場限環(huán)區(qū)設(shè)置在晶圓的邊緣，IGBT區(qū)和FRD區(qū)均為半圓形結(jié)構(gòu)，設(shè)置晶圓中間位置。

優(yōu)選的，多級場限環(huán)區(qū)設(shè)置在晶圓的邊緣，晶圓中心為IGBT區(qū)，F(xiàn)LR區(qū)和IGBT區(qū)之間等份分布多個IGBT區(qū)和FRD區(qū)。

優(yōu)選的，多級場限環(huán)區(qū)設(shè)置在晶圓的邊緣，晶圓中心為FRD區(qū)，F(xiàn)LR區(qū)構(gòu)和IGBT區(qū)之間等份分布多個IGBT區(qū)和FRD區(qū)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的單片集成IGBT和FRD結(jié)構(gòu)，IGBT模塊所需的所有芯片采用一片硅片實(shí)現(xiàn)單片集成，并且IGBT和FRD反并聯(lián)設(shè)計(jì)，很容易實(shí)現(xiàn)I?GBT模塊的壓接式封裝。因此不需要切片就能直接進(jìn)行壓接式封裝成模塊，并且該壓接式封裝與傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體壓接式封裝工藝相兼容。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2為現(xiàn)有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖；