一種絕緣柵雙極晶體管制造技術

本實用新型專利技術提供一種絕緣柵雙極晶體管，晶體管包括元胞區、終端區和劃片槽；所述元胞區包括多晶硅柵電極、發射極、與所述發射極連接的N+發射區和P+發射區、N阱區、P阱區、N-襯底、透明集電極區和集電極。本實用新型專利技術多級場板中的氮氧化硅層有腐蝕阻擋層的作用，對工藝精度要求低；并且氮氧化硅層致密性好，提高晶體管的穩定性和可靠性。發射極采用挖槽式，并在挖槽后側向腐蝕氧化層可以在降低歐姆接觸電阻的同時增大金屬接觸面積，使散熱更均勻，器件的高溫特性更好。所述元胞采用Spacer結構，利用一套光刻版注入P和N型區，可以避免套刻誤差，確保元胞溝道的一致性，改善動態特性；同時可以省一道光刻板，減少工藝步驟，節約成本。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于功率器件領域，具體涉及ー種絕緣柵雙極晶體管。
技術介紹
絕緣柵雙極晶體管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)由單元胞并聯而成，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，通態壓降低，器件自身損耗小，是未來高壓大電流的發展方向。如圖1，絕緣柵雙極晶體管IGBT包括元胞區、終端區和劃片槽。圖2為現有技術中絕緣柵雙極晶體管IGBT的剖面圖。元胞區在N-襯底上通過離子注入擴散形成P阱區，N阱區，發射極和N發射區、P+發射區相連，發射極的形狀及材料影響歐姆接觸電阻大小和散熱能力，設置不合理會影響器件的高溫特性，常用的解決方法是尋找合適的金屬材料，或 者提高半導體區的摻雜濃度，如現在通常會通過離子注入擴散形成高濃度的N+發射區，N+發射區還可以提高器件的電流導通能力，為了抑制絕緣柵雙極型晶體管IGBT閂鎖的發生，還會再注入高濃度的P+發射區，以降低P阱和N+發射區之間的壓降，元胞區N-襯底通過背面注入形成一層很薄的透明集電極區BackP+，起到電導調制作用，使IGBT飽和電壓呈正溫度系數，更適合并聯，透明集電極區相連的是集電極。終端區環繞在元胞周圍，提高元胞區表面區域的臨界擊穿電場。在元胞的制造エ藝過程中，擴散是在光刻掩膜開窗ロ后進行，p-n結中間近似于平面結，而在邊角處p-n結發生彎曲，近似于柱面或球面，由于p-n結邊角的位置存在曲率，使表面處的電場比體內高，當臨界擊穿電場一定時，是最容易發生擊穿的位置；而且，平面エ藝使表面產生的缺陷和離子沾污降低了表面區域的臨界擊穿電場。這樣，就必須設計一定的終端結構對表面電場進行優化，以達到提高表面擊穿電壓的目的。常用的終端結構有場板(FP)、場限環(FLR)、結終端延伸(JTE)、橫向變摻雜(VLD)、阻性場板(如摻氧多晶硅(SIPOS))等。這些延伸結構實際上起到將主結耗盡區向外展寬的作用，從而降低其內部電場強度最終提高擊穿電壓。多級場板除了具有提高擊穿電壓的能力外還具有終端面積小的優點。多級場板結構中的氧化層厚度對耐壓起主要作用，其中最厚的氧化層在腐蝕エ藝過程中不容易控制，如果厚度控制不當會影響器件耐壓。劃片槽會放ー些測試圖形，以便對芯片生產加工過程中的一些參數進行收集，測試。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的不足，本技術提供一種絕緣柵雙極型晶體管，多級場板中的氮氧化硅層有腐蝕阻擋層的作用，對腐蝕エ藝精度要求低，氮氧化硅層致密性好，有較強的阻止外部雜質離子侵入的能力，提高絕緣柵雙極晶體管的穩定性和可靠性，并且含有氮氧化硅層的多級場板能夠節省器件面積。為了實現上述目的，本技術采用以下技術方案ー種絕緣柵雙極晶體管，所述晶體管包括單個元胞并聯而成的元胞區、終端區和劃片槽；所述元胞區包括多晶硅柵電極、金屬發射極、與所述發射極連接的N+發射區和P+發射區、N阱區、P阱區、N-襯底、透明集電極區和集電極；所述終端區包括多級場板、N-襯底、透明集電極區和集電極；所述透明集電極區位于所述N-襯底和集電極的中間，所述多級場板位于N-襯底的上部。所述金屬發射極為挖槽式結構，并在挖槽后側向腐蝕氧化層。挖槽式是在隔離氧化層ILD(Isolate Oxide)開的窗ロ處向下刻蝕形成ー個深度為O. 2 O. 5um、下底邊長為4.8um、上底邊長為5um的梯形體凹槽，并在挖槽后側向腐蝕氧化層，再在凹槽處填充金屬形成金屬發射極，這樣可以增大金屬和N+及P+的接觸面積，降低接觸電阻，同時也可以增大散熱面積，使器件的散熱更均勻，高溫特性更好。所述N+發射區和所述P+發射區分別位于所述N-襯底內的N阱區和P阱區內。所述多級場板包括金屬發射極、多晶硅柵電極和氧化層；所述氧化層為階梯結構。所述氧化層包括厚度為O. I O. 2um的柵氧化層、厚度為I 2um的場氧化層；厚度為2 4um的由場氧化層和隔離氧化層以下至上依次疊加構成的ニ元復合層和厚度為5 IOum的由場氧化層、隔離氧化層、氮氧化硅氧化層和ニ氧化硅氧化層以下至上依次疊加構成的四元復合層。所述ニ元復合層的場氧化層厚度為I 2um，隔離氧化層厚度為I 2um ;所述四元復合層的場氧化層厚度為I 2um，隔離氧化層厚度為I 2um，氮氧化硅氧化層的厚度為O. I O. 6um, ニ氧化娃氧化層的厚度為3 6um。所述元胞采用Spacer結構,所述Spacer結構是指所述P講區和N講區形成之后在整個芯片上淀積ー層氧化膜，然后濕法腐蝕氧化膜，由于濕法腐蝕具有各向異性，氧化膜在邊角處和平整處的腐蝕速率不一樣，導致邊角處會留下氧化層的掩蔽層。所述N+發射區和P+發射區以Spacer結構作為注入掩蔽層形成。與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于該器件的可靠性高，穩定性強，成本低；多級場板中的氮氧化硅層有腐蝕阻擋層的作用，對腐蝕エ藝精度要求低；并且氮氧化硅層致密性好，有較強的阻止外部雜質離子侵入的能力，提高晶體管的穩定性和可靠性；含有氮氧化硅層的多級場板能夠節省器件面積；發射極采用挖槽式，并在挖槽后側向腐蝕氧化層可以在降低歐姆接觸電阻的同時增大金屬接觸面積，使散熱更均勻，器件的高溫特性更好。附圖說明圖I是現有技術中絕緣柵雙極晶體管IGBT的結構圖；圖2是現有技術中絕緣柵雙極晶體管IGBT的剖面圖；圖3是本技術實施例的剖面圖；圖4是未經側向腐蝕的電極示意圖；圖5是經側向腐蝕的電極示意圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術的實施例做進ー步補充說明。如圖3所示,一種絕緣柵雙極型晶體管,所述晶體管包括單個元胞并聯而成的元胞區、終端區和劃片槽；所述元胞區包括多晶硅柵電極G(Gate)、金屬發射極E(Emitter)、與所述發射極E (Emitter)連接的N+發射區和P+發射區、N阱區、P阱區、N-襯底、透明集電極區BackP+和集電極C(Collector);所述終端區包括多級場板、N-襯底、透明集電極區BackP+和集電極C(Collector);所述透明集電極區BackP+位于所述N-襯底和集電極C(Collector)的中間，所述多級場板位于N-襯底的上部。元胞區由很多元胞并聯而成，共同分擔這個芯片的電流，各元胞在表面有基本相同的電位。所述金屬發射極E(Emitter)為挖槽式結構，并在挖槽后側向腐蝕氧化層。所述發射極為挖槽式結構。挖槽式是在隔離氧化層ILD(Isolate Oxide)開的窗ロ處向下刻蝕形成ー個深度為O. 2 O. 5um、下底邊長為4. 8um、上底邊長為5um的梯形體凹槽，并在挖槽后側向腐蝕氧化層，再在凹槽處填充金屬形成金屬發射極，這樣可以增大金屬和N+及P+的接 觸面積，降低接觸電阻，同時也可以增大散熱面積，使器件的散熱更均勻，高溫特性更好。所述N+發射區和所述P+發射區分別位于所述N-襯底內的N阱區和P阱區內。所述多級場板包括金屬發射極、多晶硅柵電極G(Gate)和氧化層；所述氧化層為階梯結構。所述氧化層包括厚度為O. I O. 2um的柵氧化層GOX(Gate Oxide)、厚度為I 2um的場氧化層FOX (Field Oxide);厚度為2 4um的由場氧化層FOX (Field Oxide)和隔離氧化層ILD(Is本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種絕緣柵雙極晶體管，所述晶體管包括元胞區、終端區和劃片槽；其特征在于：所述元胞區包括多晶硅柵電極、金屬發射極、與所述發射極連接的N+發射區和P+發射區、N阱區、P阱區、N？襯底、透明集電極區和集電極；所述終端區包括多級場板、N？襯底、透明集電極區和集電極；所述透明集電極區位于所述N？襯底和集電極的中間，所述多級場板位于N？襯底的上部。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：高明超，于坤山，金銳，溫家良，袁玉湘，劉江，劉鉞楊，趙哿，韓榮剛，楊霏，張沖，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，
類型：實用新型
國別省市：