[發明專利]一種柵金屬匯流條芯片結構設計及其制作方法

有效

• 申請號: 201710329921.6
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107256857B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 崔磊;金銳;潘艷;溫家良;趙巖;徐哲;朱濤;和峰;高明超;趙哿;王耀華;劉江
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院
• 主分類號: H01L23/538
• 分類號: H01L23/538;H01L21/60
• 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

本發明提供了一種柵金屬匯流條芯片結構設計及其制作方法，芯片結構自下而上依次包括金屬電極117、襯底111、長條形元胞摻雜區112、長條梯形多晶柵113和絕緣層116；金屬匯流條114 T型設于所述絕緣層116中部，其下表面與所述長條梯形多晶柵113電連接；正面金屬電極115對稱設嵌于所述絕緣層116上部，與n+/p+摻雜區歐姆接觸，與長條梯形多晶柵113和金屬匯流條114電隔離。本發明提供的技術方案，可以在不增加工藝步驟的前提下，更改版圖結構設計，采用高信號傳輸速率的金屬作為柵匯流條替代原有的多晶柵匯流條，一方面提高功率半導體器件單芯片動態一致性，另一方面增加柵控mos溝道區，提高有源區通流能力。

技術領域

本發明涉及一種半導體芯片匯流條，具體涉及一種壓接型功率半導體芯片柵金屬匯流條元胞結構設計及其制作方法。

背景技術

功率半導體芯片(如IGBT、MOSFET、MCT等)由有源區和終端區組成，有源區為芯片的主要通流區域，終端區環繞在有源區外圍，為降低半導體芯片表面電場而設計的耐壓結構。

在有源區和終端區的過渡區域，環繞芯片一周為柵匯流條，用來將柵PAD信號均勻得傳送到每個元胞處，目前功率半導體芯片所采用的柵匯流條材料多為多晶硅材料，由于大功率半導體芯片大電流的特點區別于常規功率器件，要求芯片具有較大的通流面積，即大面積的柵控mos溝道，柵信號在多晶硅柵匯流條中的傳輸過程會出現電信號延遲，導致功率半導體芯片內部動態均勻性不好，進而影響了多芯片并聯的動態一致性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，以IGBT為例，提出了一種金屬匯流條結構和方法設計，可以在不增加工藝步驟的前提下，更改版圖結構設計，采用高信號傳輸速率的金屬作為柵匯流條替代原有的多晶柵匯流條，一方面提高功率半導體器件單芯片動態一致性，另一方面增加柵控mos溝道區，提高有源區通流能力。

為了達到上述目的，本發明提供了采用下述技術方案：

一種柵金屬匯流條芯片結構，芯片結構自下而上依次設置的金屬電極117、襯底111、元胞摻雜區112、多晶柵113和絕緣層116；多晶柵113和絕緣層116間的多晶柵113面的橫向中部設有T型匯流條114；絕緣層116的上表面橫向兩側于T型匯流條114中的T型橫劃的兩側分別設有金屬電極115；

T型匯流條114下表面與多晶柵113電連接；正面金屬電極115對稱設嵌于絕緣層116上部，與n+/p+摻雜區歐姆接觸，與多晶柵113和匯流條114電隔離。

一種柵金屬匯流條芯片結構的第一優選方案，金屬電極117與襯底111歐姆接觸的。

一種柵金屬匯流條芯片結構的第二優選方案，長條形元胞摻雜區112結構貫穿有源區，無需預留多晶匯流條位置。

一種柵金屬匯流條芯片結構的第三優選方案，匯流條114的結構包括介于有源區和終端區之間的環形結構、垂直相交于長條形元胞摻雜區的條形結構，厚度介于0.5～10微米，寬度介于1～100微米。

一種柵金屬匯流條芯片結構的第四優選方案，正面金屬電極115呈網格狀，存在匯流條的位置處無電極厚金屬。

一種柵金屬匯流條芯片結構的第五優選方案，柵金屬匯流條芯片結構設計適用于壓接型芯片。

一種柵金屬匯流條芯片結構的第六優選方案，柵金屬匯流條芯片結構設計適用于柵控芯片的匯流條設計，包括Si、SiC或GaN半導體材料襯底上的IGBT、MOSFET或MCT柵控器件的制作。

一種柵金屬匯流條芯片的制作方法，步驟如下：

(1)在襯底的上表面形成有源區和終端區摻雜；

(2)在襯底有源區的上表面形成柵氧和多晶柵結構；

(3)在柵氧和多晶柵的上表面形成隔離氧；