[發(fā)明專利]一種平面柵IGBT及其制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410734307.4
• 申請(qǐng)日: 2014-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN104393032A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙哿;王耀華;高明超;劉江;金銳;溫家良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院;國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國(guó)文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體器件及其制作方法，具體講涉及一種平面柵IGBT及其制作方法。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(Insulate-Gate?Bipolar?Transistor—IGBT)綜合了電力晶體管(Giant?Transistor—GTR)和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Power?MOSFET)的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的特性，應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛；IGBT也是三端器件：柵極，集電極和發(fā)射極。

絕緣柵雙極晶體管IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS結(jié)構(gòu)雙極器件，屬于具有功率MOSFET的高速性能與雙極的低電阻性能的功率器件。IGBT的應(yīng)用范圍一般都在耐壓600V以上、電流10A以上、頻率為1kHz以上的區(qū)域。多使用在工業(yè)用電機(jī)、民用小容量電機(jī)、變換器(逆變器)、照相機(jī)的頻閃觀測(cè)器、感應(yīng)加熱(InductionHeating)電飯鍋等領(lǐng)域。根據(jù)封裝的不同，IGBT大致分為兩種類型，一種是模壓樹脂密封的三端單體封裝型，從TO－3P到小型表面貼裝都已形成系列。另一種是把IGBT與FWD(FleeWheelDiode)成對(duì)地(2或6組)封裝起來的模塊型，主要應(yīng)用在工業(yè)上。模塊的類型根據(jù)用途的不同，分為多種形狀及封裝方式，都已形成系列化。

IGBT是強(qiáng)電流、高壓應(yīng)用和快速終端設(shè)備用垂直功率MOSFET的自然進(jìn)化。MOSFET由于實(shí)現(xiàn)一個(gè)較高的擊穿電壓BVDSS需要一個(gè)源漏通道，而這個(gè)通道卻具有很高的電阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)數(shù)值高的特征，IGBT消除了現(xiàn)有功率MOSFET的這些主要缺點(diǎn)。雖然最新一代功率MOSFET器件大幅度改進(jìn)了RDS(on)特性，但是在高電平時(shí)，功率導(dǎo)通損耗仍然要比IGBT高出很多。IGBT較低的壓降，轉(zhuǎn)換成一個(gè)低VCE(sat)的能力，以及IGBT的結(jié)構(gòu)，與同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雙極器件相比，可支持更高電流密度，并簡(jiǎn)化IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理圖。

IGBT(絕緣柵雙極晶體管)同時(shí)具有單極性器件和雙極性器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，控制電路功耗和成本低，通態(tài)壓降低，器件自身損耗小，是未來高壓大電流的發(fā)展方向。

IGBT器件有源區(qū)是由許多表面MOSFET結(jié)構(gòu)的源胞單位構(gòu)成，傳統(tǒng)的平面柵條形源胞結(jié)構(gòu)的N+注入摻雜區(qū)是連續(xù)長(zhǎng)條形狀，連續(xù)長(zhǎng)條形狀的N+注入摻雜區(qū)沒有抑制IGBT器件的飽和電流，產(chǎn)生過大電流沖擊，損壞IGBT器件。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種平面柵IGBT及其制作方法，通過調(diào)整N+注入摻雜區(qū)域的形狀和面積，形成空穴電流旁路和N+摻雜發(fā)射區(qū)的集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可以有效抑制IGBT器件的飽和電流，避免過大電流沖擊；可以有效抑制IGBT器件的大電流狀態(tài)下的閂鎖(Latch-up)現(xiàn)象，降低空穴電流路徑的電阻；可以使得發(fā)射極電流更加均勻，避免IGBT器件內(nèi)局部區(qū)域的電流過大；同時(shí)還可以維持導(dǎo)通壓降較小的變化值。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種平面柵IGBT，所述平面柵IGBT包括襯底、從上到下依次設(shè)置在襯底上的正面金屬電極、隔離氧化膜，和平面柵極，平面柵極與襯底之間的P阱區(qū)，從上到下依次設(shè)置于P阱區(qū)內(nèi)N+型摻雜區(qū)和P+型摻雜區(qū)，依次設(shè)置于襯底背面的背面P+摻雜區(qū)和背面金屬電極；其改進(jìn)之處在于，所述N+型摻雜區(qū)為斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域，所述斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域形狀為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)度與寬度比例為3:2，面積為20至30平方微米，所述P+型摻雜區(qū)和斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域共同形成平面柵IGBT空穴旁路和發(fā)射極集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)；

所述襯底為均勻摻雜的N型單晶硅片襯底，所述N型單晶硅片襯底包括從上到下依次分布的襯底N-層以及襯底N+層。

進(jìn)一步地，所述斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域的間隔區(qū)域的寬度范圍為2至6微米，面積為10至20平方微米；其間隔區(qū)域的形狀為長(zhǎng)方形；所述P+型摻雜區(qū)的P+注入能量大于N+型摻雜區(qū)的N+注入能量，所述P+型摻雜區(qū)形成空穴旁路結(jié)構(gòu)，所述斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域形成發(fā)射極集成均流電阻結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述N型單晶硅片襯底包括：

A、電場(chǎng)截止FS型襯底：形成方式是先將均勻摻雜的N型單晶硅片進(jìn)行襯底減薄至所需要的襯底厚度；正面采用氧化和淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層，然后采用離子注入方式進(jìn)行硅片背面的N型低濃度緩沖區(qū)進(jìn)行摻雜；采用高溫長(zhǎng)時(shí)間熱退火方式對(duì)N型低濃度緩沖區(qū)的雜質(zhì)進(jìn)行激活與推結(jié)，形成N型低濃度摻雜緩沖區(qū)；最后形成終端結(jié)構(gòu)和有源區(qū)元胞結(jié)構(gòu)；最后通過摻雜注入形成襯底背面P型電導(dǎo)調(diào)制層；