[實用新型]一種基于N型注入層的IGBT芯片

有效

• 申請號: 201320678868.8
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN203562430U
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 劉江;包海龍;張宇;劉雋;車家杰;趙哿;高明超;金銳
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網上海市電力公司;國網智能電網研究院
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本實用新型涉及半導體器件技術，具體涉及一種基于N型注入層的IGBT芯片。

背景技術

IGBT（絕緣柵雙極晶體管）同時具有單極性器件和雙極性器件的優點，驅動電路簡單，控制電路功耗和成本低，飽和電壓低，器件自身損耗小，是未來高壓大電流的發展方向。

IGBT為三端器件，包括正面發射極，柵極及背面集電極。IGBT芯片有源區剖面圖詳見圖1，包括正面的發射極6，柵極1和背面的集電極7。表面為MOSFET結構，背面為寄生PNP管結構。其中：1多晶，2氧化層，3P-基區，4N+發射區，5P+集電區，6發射極金屬，7集電極金屬。

IGBT設計需綜合考慮導通損耗，關斷損耗和安全工作區，IGBT設計折衷三角見圖2。

IGBT芯片由功能劃分為：有源區、終端區和柵極區三部分，其俯視圖見圖3。有源區又稱元胞區，為芯片的功能區域，主要影響芯片的電流相關參數，如飽和電壓V_CE(sat)，閾值電壓V_GE(th)，在芯片總面積中比例盡量增大。終端區位于芯片的邊緣區域，主要影響芯片的擊穿電壓V_(BR)CES，在芯片總面積中比例盡量縮小。柵極區為芯片的柵極控制區域，影響器件的開關特性，在芯片總面積中比例盡量縮小。柵極區一般加入柵極鎮流電阻結構，抑制有源區各部分閾值電壓和開關速度的不均勻，防止電流局部集中。

提高IGBT的功率密度是IGBT發展方向之一，可通過增大有源區的面積，增加有源區的電流密度等措施實現?，F有的IGBT技術存在飽和電壓大，導通損耗大的缺點。另現有IGBT芯片終端區的尺寸大，壓縮了有源區的面積（即有效芯片的面積），壓縮終端區尺寸也是IGBT發展方向之一。

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種基于N型注入層的IGBT芯片，本實用新型中在IGBT設計時引入N型注入層，優化了終端區的設計，降低了終端區的尺寸。同時降低了有源區的飽和電壓，提高了芯片的電流能力。本實用新型在不影響IGBT芯片其他性能的前提下，通過引入N型注入層，優化IGBT芯片各功能區域的比例，提高了IGBT芯片的電流能力。

本實用新型的目的是采用下述技術方案實現的：

本實用新型提供一種基于N型注入層的IGBT芯片，所述IGBT芯片包括有源區、終端區和柵極區，其改進之處在于，在所述有源區和所述終端區均設有N型注入層。

進一步地，所述有源區稱為元胞區，集成IGBT芯片的電流參數；所述有源區包括N-襯底區；N-襯底區表面的柵極氧化層，沉積在柵極氧化層上的多晶硅柵極；柵極氧化層與N-襯底區之間的P-基區；位于P-基區與柵極氧化層之間的N+區；位于N-襯底區下方P+集電極；位于柵極氧化層上方的發射極金屬以及P+集電極下方的集電極金屬；

所述N型注入層設置于P-基區的外側，包圍P-基區，形成空穴阻擋層，用于在IGBT芯片導通狀況下增加過剩載流子濃度，能夠增強有源區的載流能力。

進一步地，所述終端區位于IGBT芯片的邊緣區域，集成IGBT芯片的耐壓參數，所述終端區包括終端基本單元；所述終端基本單元包括場板、場限環、結終端延伸保護模塊、橫向變摻雜模塊和阻性場板，所述終端基本單元用于減少有源區邊緣PN結的曲率，耗盡層橫向延伸，增強水平方向的耐壓能力；

在場限環上設有N型注入層，所述N型注入層的厚度等于場限環的厚度；所述N型注入層使終端區由非穿通型變為穿通型。

進一步地，所述N型注入層的厚度為4-8um，摻雜元素為N型摻雜元素，包括但不限于磷元素，摻雜濃度為E11-E13/cm3。

進一步地，所述柵極區集成IGBT芯片的開關特性，位于有源區一角，包括柵焊盤區和柵匯流條區；柵內阻串聯在所述柵焊盤區和柵匯流條區之間。

與現有技術比，本實用新型達到的有益效果是：

（一）本實用新型引入N型注入層，優化了終端區的設計，降低了終端區的尺寸；

（二）本實用新型引入N型注入層，優化了有源區的設計，降低了飽和電壓，提高了IGBT芯片電流能力；

（三）與傳統IGBT制造工藝兼容，工藝易實現，可行性強；

（四）與新型IGBT結構和設計理念兼容，易移植，可塑性強。

（五）本實用新型提供的IGBT芯片適用于硅材料，也可拓展到SIC等材料，擴大了適用范圍。

附圖說明

圖1是IGBT芯片有源區剖面圖；

圖2是IGBT設計折衷三角圖；