一種低通態損耗IGBT及其制造方法技術

本發明專利技術提供一種低通態損耗IGBT及其制造方法，所述IGBT包括有源區、終端區和柵極區，所述有源區包括N-襯底區、柵極氧化層、多晶硅柵極、P-基區、N+發射區、P+集電區、發射極金屬及集電極金屬，所述有源區為元胞區，在所述有源區中設有空元胞結構。所述空元胞結構是通過犧牲元胞局部溝道形成的，所述元胞局部溝道是通過改變耐壓環層、場氧層、多晶層、接觸孔層中一種或幾種組合而犧牲的。本發明專利技術制造方法通過在有源區引入無效元胞，改變了有源區PIN/PNP區域分布，優化IGBT元胞的電導調制效應，降低了IGBT飽和電壓，提高了IGBT電流密度，降低了IGBT通態損耗。本發明專利技術制造的IGBT芯片在大功率密度、低通態損耗應用領域具有優勢。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于半導體器件
，具體涉及一種低通態損耗絕緣柵雙極晶體管(IGBT)及其制造方法。
技術介紹
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，是高壓大電流的主流器件之OIGBT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附圖1，包括正面的發射極6，柵極I和背面的集電極7。表面為MOSFET結構，背面為背發射P+區。其中多晶，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的PNP區域由P-基區，N-和背發射P+區形成，非PNP區域為IGBT的PIN區域，分布在多晶下方；背發射P+區的空穴流在P-基區被有效收集，PNP區域電導調制效應差；而在PNP相間的區域(即PIN區域)空穴流無法被收集，電導調制效應好，示意圖見附圖2。研究表明IGBT的通態損耗主要由N-區電導調制決定，PIN區域電導調制效應優于PNP區域，因此可用以下方法制備低通態損耗IGBT:1)提高PNP區域電導調制效應:在P-基區引入載流子存儲層，通過提高PNP區域近P-基區的空穴濃度，降低飽和電壓，降低IGBT的通態損耗。但存在IGBT高壓下漏電增大和安全工作區變差的問題。2)提高PIN區域，降低PNP區域面積:主要通過優化元胞尺寸(Pitch)，P_基區淺結工藝，引入空(du_y)元胞等手段實現。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種低通態損耗IGBT及其制造方法，本專利技術在不增加光刻層次的基礎上，通過改變有源區元胞圖形，在有源區引入空元胞，增加有源區PIN區域，優化了 IGBT得電導調整效應，降低了 IGBT飽和電壓，提高了 IGBT電流密度，降低了 IGBT通態損耗。本專利技術的上述目的采取以下技術方案實現:一種低通態損耗IGBT，所述IGBT包括有源區、終端區和柵極區，所述有源區包括N-襯底區、柵極氧化層、多晶硅柵極、P-基區、N+發射區、P+集電區、發射極金屬及集電極金屬，所述有源區為元胞區，在所述有源區中設有空(dummy)元胞結構。一種所述的低通態損耗IGBT的制造方法，所述制造方法包括耐壓環層(PR)、有源區層(OD)、多晶層(PS)、接觸層(CO)、金屬層(Ml)制備、鈍化層(CB)和背面層(BK)的制備，于所述IGBT的有源區中引入空元胞結構。所述的低通態損耗IGBT的制造方法的第一優選技術方案，所述空元胞結構是通過犧牲元胞局部溝道形成的。所述的低通態損耗IGBT的制造方法的第二優選技術方案，所述犧牲是改變耐壓環層、場氧層、多晶層或接觸孔層中的一種或幾種。所述的低通態損耗IGBT的制造方法的第三優選技術方案，所述耐壓環層是改變耐壓環層圖形，增加P-基區的摻雜濃度，使溝道無法開啟。所述的低通態損耗IGBT的制造方法的第四優選技術方案，所述場氧層是增加場氧層圖形，使溝道電流無法引出。所述的低通態損耗IGBT的制造方法的第五優選技術方案，所述多晶層是改變多晶層圖形，將多晶層與柵信號隔離，形成多晶孤島，使溝道無法開啟。所述的低通態損耗IGBT的制造方法的第六優選技術方案，所述接觸孔層是改變接觸孔層圖形，使溝道電流無法引出。與最接近的現有技術比，本專利技術具有如下優點:I)本專利技術制造方法通過引入空元胞，使元胞區的溝道失效，提高IGBT的PIN區域面積，提高IGBT的電導調制效應，降低了飽和電壓，降低了通態損耗；2)本專利技術制造方法通過引入空元胞結構，可降低溝道寬長比，降低IGBT短路電流，提高IGBT的短路能力；3)本專利技術工藝步驟簡單，不增加制造成本；4)本專利技術制造方法與傳統IGBT制造工藝兼容，工藝易實現，可行性強；5)本專利技術方法與新型IGBT結構和設計理念兼容，易移植，可塑性強。【附圖說明】圖1:本專利技術IGBT剖面圖；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。圖2:本專利技術IGBT的PNP/PIN區域載流子分布圖3:傳統IGBT俯視圖圖4:本專利技術實施例1的IGBT俯視圖圖5:本專利技術實施例2的IGBT俯視圖圖6:本專利技術實施例3的IGBT俯視圖圖7:本專利技術實施例4的IGBT俯視圖【具體實施方式】為更好地說明本專利技術，便于理解本專利技術的技術方案，本專利技術列出實施例如下:實施例1如附圖4所示，改變耐壓環層(PR)圖形，增加P-基區的摻雜濃度，使得溝道無法正常開啟，溝道失效。于IGBT有源區中引入空元胞。圖形左邊為空元胞結構，右邊為正常元胞結構。制備步驟包括:I)耐壓環層(PR)制備，包括氧化層生長，PR光刻，PR注入，PR去膠；2)有源區層(OD)制備，包括場氧生長，OD光刻，OD腐蝕、OD去膠；3)多晶層(PS)制備，包括柵氧生長、多晶生長、多晶摻雜，PS光刻，PS腐蝕，P阱注入、推結，N+源注入，Spacer形成、防栓鎖(latch-up)注入；4)接觸層(CO)制備，包括介質層沉積、CO光刻，CO腐蝕，CO去膠；5)金屬層(Ml)制備，包括金屬層沉積、Ml光刻，Ml腐蝕，Ml去膠；6)鈍化層(CB)制備，包括鈍化層沉積、CB光刻及刻蝕，去膠；7)背面層(BK)制備，包括金屬沉積、刻蝕，退火；實施例2如附圖5所示，增加場氧層(OD)圖形，使得溝道電流無法引出，于IGBT有源區中形成空元胞結構。圖形左邊為空元胞結構，右邊為正常元胞結構。制備步驟包括:I)有源區層(OD)制備，包括場氧生長，OD光刻，OD腐蝕、OD去膠；2)多晶層(PS)制備，包括柵氧生長、多晶生長、多晶摻雜，PS光刻，PS腐蝕，P阱注入、推結，N+源注入，Spacer形成、防栓鎖(latch-up)注入；3)接觸層(CO)制備，包括介質層沉積、CO光刻，CO腐蝕，CO去膠；4)金屬層(Ml)制備，包括金屬層沉積、Ml光刻，Ml腐蝕，Ml去膠；6)鈍化層(CB)制備，包括鈍化層沉積、CB光刻及刻蝕，去膠；7)背面層(BK)制備，包括金屬沉積、刻蝕，退火；實施例3如附圖6所示，改變多晶層(PS)圖形，將多晶層與柵信號隔離，形成多晶孤島，使得溝道無法開啟，于IGBT有源區中形成空元胞結構。圖形左邊為空元胞結構，右邊為正常元胞結構。制備步驟包括:I)有源區層(OD)制備，包括場氧生長，OD光刻，OD腐蝕、OD去膠；2)多晶層(PS)制備，包括柵氧生長、多晶生長、多晶摻雜，PS光刻，PS腐蝕，P阱注入、推結，N+源注入，Spacer形成、防栓鎖(latch-up)注入；3)接觸層(CO)制備，包括介質層沉積、CO光刻，CO腐蝕，CO去膠；4)金屬層(Ml)制備，包括金屬層沉積、Ml光刻，Ml腐蝕，Ml去膠；6)鈍化層(CB)制備，包括鈍化層沉積、CB光刻及刻蝕，去膠；7)背面層(BK)制備，包括金屬沉積、刻蝕，退火；實施例4如附圖7所示，改變接觸孔層(CO)圖形，使得溝道電流無法引出，于IGBT有源區中形成空元胞結構。圖形左邊為空元胞結構，右邊為正常元胞結構。制備步驟包括:I)有源區層(OD)制備，包括場氧生長，OD光刻，OD腐蝕、OD去膠；2)多晶層(PS)制備，包括柵氧生長、多晶生長、多晶摻雜，PS光刻，PS腐蝕，P阱注入、推結，N+源注入，Spacer形成、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低通態損耗IGBT，所述IGBT包括有源區、終端區和柵極區，所述有源區包括N?襯底區、柵極氧化層、多晶硅柵極、P?基區、N+發射區、P+集電區、發射極金屬及集電極金屬，所述有源區為元胞區，其特征在于，在所述有源區中設有空元胞結構。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉江，趙哿，高明超，王耀華，何延強，吳迪，劉鉞楊，喬慶楠，李曉平，董少華，金銳，溫家良，
申請(專利權)人：國網智能電網研究院，國網河北省電力公司，國家電網公司，
類型：發明
國別省市：北京;11