CN102956638A - 连体igbt器件及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种连体IGBT器件，为解决现有器件开关速度不够高的问题而发明。本发明连体IGBT器件包括至少漂移区互相连通的两个IGBT器件，各IGBT器件独立引出电极。连体IGBT器件也可由四个漂移区互相连通的IGBT器件组成。连体IGBT器件也可以具体实现为一承担较大电流主开关器件的IGBT器件和一起到加速主器件开关切换作用的辅助IGBT器件的两个IGBT器件相连。本发明连体IGBT器件的加工方法通过增加开槽工艺得到了本发明连体IGBT器件。本发明连体IGBT器件及其加工方法加工成本低，简单易行，利用两个IGBT器件开关速度相互促进获得工作速度进一步提高的有益效果。

Description

连体IGBT器件及其加工方法
技术领域
本发明涉及一种连体IGBT器件及其加工方法。
背景技术
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是当前主流的电力电子器件之一，适合于中、大功率的电力变换应用。特别是在开关速度较快的情况下，电源系统的体积、重量都会大大降低，而用电效率和转换质量都会有很大的提高。因此从节能减排和国民经济可持续发展的角度来看，这是一类重要的电力变换和控制的基础器件。
IGBT绝缘栅双极晶体管可以看做是双极晶体管和场效应晶体管两种结构的复合体，也可以看做是晶圆片上表面处制作的MOS器件与晶圆片底面所制作的PN结二极管的结合。上、下表面处的MOS器件与二极管，是通过一个半导体材料N-漂移区连结在一起的。当半导体材料N-漂移区比较长时(即晶圆片比较厚时)，IGBT器件的耐压较高；否则耐压比较低。
传统制作非穿通型IGBT器件的方法分为两个步骤，可以称作是前道工艺和后道工艺。前道工艺加工晶圆片的上表面(也称晶圆片正面)，而后道工艺加工其底面(也称晶圆片的背面)。在前道工艺中，在一个晶圆片上同时制作出多个MOS器件结构，在所有工艺完成后，对正面器件结构进行一定的钝化保护，然后转到后道加工。后道加工包括晶圆片从背面减薄(至适合于耐压要求的厚度)，对整个背面进行离子注入，注入杂质退火激活，背面金属化，以及划片切割、电极压焊与封装等，得到商品IGBT器件。但当前IGBT器件的主要问题是器件工作的开关速度仍不够高。
发明内容
为了克服上述的缺陷，本发明提供一种开关速度更高的连体IGBT器件。
为达到上述目的，一方面，本发明提供一种连体IGBT器件，所述器件包括至少两个IGBT器件，两个IGBT器件的漂移区互相连通，各IGBT器件独立引出电极。
特别是，所述连体IGBT器件由四个IGBT器件组成田字形，每个IGBT器件分别与相连的IGBT器件连通漂移区。
进一步，左上角的IGBT器件和右下角的IGBT器件并联形成第一组块，右上角的IGBT器件和左下角的IGBT器件并联形成第二组块。
特别是，所述连体IGBT器件由两个IGBT器件组成，一IGBT器件占较大的芯片面积，作为承担较大的电流的主开关器件，相连的另一IGBT器件占较小的芯片面积，作为起到加速主器件开关切换作用的辅助器件。
另一方面，本发明提供一种连体IGBT器件的加工方法，包括下述步骤：
5.1在第一导电类型的衬底晶圆片上，通过杂质掺杂和扩散得到第二导电类型的沟道区；制备栅极，通过杂质注入及掺杂激活工艺得到第一导电类型的源区；淀积保护介质层，开接触孔，金属化布线，上表面钝化；
5.2在步骤5.1之前、之中或之后，在上表面开上槽，淀积钝化层保护裸露部分；
5.3将晶圆片背面减薄；
5.4背面离子注入掺杂、退火、金属化；
5.5在步骤5.4之前、之中或之后，在背面对应上槽的位置处开背槽；
5.6划片，连体IGBT器件的各组成器件独立引出电极；封装。
特别是，步骤5.2中开上槽使用的是湿法腐蚀、干法刻蚀、干湿法复合刻蚀或激光烧蚀的方法。
特别是，步骤5.5中开背槽的步骤为：
5.5.1对应上槽的位置处在背面采用双面对准光刻技术进行曝光；
5.5.2使用湿法腐蚀、干法刻蚀、干湿法复合刻蚀或激光烧蚀的方法开背槽。
本发明连体IGBT器件是通过连接部将IGBT器件的N-漂移区相连而形成，当两个IGBT器件工作于此开彼关/此关彼开的方式时，这两个IGBT器件的开关速度可以相互促进，获得工作速度进一步提高的有益效果。
本发明连体IGBT器件的加工方法在现有IGBT器件加工方法的基础上增加了开槽的步骤，实现了连体IGBT器件的加工。加工成本低，简单易行。
附图说明
图1为本发明优选实施例一结构示意图。
图2为本发明优选实施例三结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和优选实施例对本发明做详细描述。
优选实施例一：如图1所示，连体IGBT器件由两个常规IGBT器件通过漂移区连接部4相连组成，IGBT器件包括正面的MOS结构和底面的PN结。其中，正面的MOS结构由N+源漏区1、P型沟道区2和起到源漏区作用的N型漂移区3构成。底面的PN结结构是由P+底面区5和N型漂移区3构成。
使用常规工艺在晶圆片正面制造MOS结构。即：使用N-型的衬底晶圆片作为衬底，在衬底上杂质掺杂和扩散得到P型区2，制作栅极6，杂质注入及激活得到N+型源区1，在所得结构的上表面淀积保护介质，开接触孔后金属化布线，上表面钝化。
在两个IGBT器件之间的区域用湿法腐蚀的方法开上深槽，然后淀积钝化层保护裸露部分。
进行常规IGBT器件的背面加工工艺。即：将晶圆片从背面减薄，背面离子注入掺杂、退火及金属化。
采用双面对准的光刻技术进行背面曝光，对两个IGBT器件的连接区从背面用湿法腐蚀方法开背深槽。
将两个IGBT器件作为一个整体进行划片分割出来，各IGBT器件独立引出电极。源区引出IGBT器件的发射极，底面区引出IGBT器件的收集极。两个IGBT器件共同封装得到连体IGBT器件产品。
本优选实施例中将两个IGBT器件通过漂移区连接部相连接形成连体IGBT器件，连体IGBT器件的工作状态是第一IGBT器件开而第二IGBT器件关的状态，反之亦然。当第一IGBT器件由开到关、第二IGBT器件由关到开进行开关状态的切换时，由于第一IGBT器件N-区中积累的载流子可以迅速地排出到第二IGBT器件的N-区，所以第一IGBT器件的关断速度会有所提升，而第二IGBT器件的开通速度同样有所提升。这样就从总体上提高了整体器件的开关速度。连体IGBT器件具有常规IGBT器件的性能，而在开关速度上有了很大的提高，并不是两个IGBT器件的简单迭加。当前IGBT器件用做逆变电源时的工作频率一般在20kHz左右，本优选实施例中连体IGBT器件的工作频率可提高至30-50kHz。
优选实施例二：连体IGBT器件由两个常规IGBT器件通过漂移区连接部相连组成。但是这两个常规IGBT器件一个占据较大的面积，称作主开关器件；而另一个占据较小的面积，称作加速开关器件。各IGBT器件包括正面的MOS结构和底面的PN结。其中，正面的MOS结构由N+源漏区、P型沟道区和起到源漏区作用的N型漂移区构成。底面的PN结结构是由P+/N+底面区和N型漂移区构成。
在晶圆片上表面区域用干法刻蚀的方法开上深槽，然后使用常规工艺在晶圆片正面制造MOS结构，即：使用N-型的衬底晶圆片作为衬底，在衬底上杂质掺杂和扩散得到P型区，制作栅极，杂质注入及激活得到N+型源区，在所得结构的上表面淀积保护介质，开接触孔后金属化布线，上表面钝化。
进行常规IGBT器件的背面加工工艺。即：将晶圆片从背面减薄，背面离子注入掺杂、退火及金属化。
采用双面对准的光刻技术进行背面曝光，对应着上深槽的位置从背面用干法刻蚀方法开背深槽，令两个IGBT器件仅保持连接区处相连。将两个IGBT器件作为一个整体进行划片分割出来，各IGBT器件独立引出电极，一大一小两个IGBT器件共同封装得到连体IGBT器件产品。
本优选实施例中将两个一大一小的IGBT器件通过漂移区连接部相连接形成连体IGBT器件，连体IGBT器件的工作状态是此IGBT器件开而彼IGBT器件关的状态，反之亦然。在主器件开关状态切换的瞬间，漂移区中所积累的载流子可以由主IGBT器件区域流向加速IGBT器件的区域，或者从加速IGBT器件的区域向主开关器件补充载流子，就缩短了主器件开/关的时间，提高了器件的开关速度，整体性地提升IGBT器件的工作性能。连体IGBT器件具有常规IGBT器件的性能，而在开关速度上有了很大的提高，并不是两个IGBT器件的简单迭加。
优选实施例三：如图2所示，连体IGBT器件由四个常规IGBT器件7通过漂移区连接部4相连组成田字形结构。各IGBT器件包括正面的MOS结构和底面的PN结。其中，正面的MOS结构由N+源漏区、P型沟道区和起到源漏区作用的N型漂移区构成。底面的PN结结构是由P+/N+底面区和N型漂移区构成。
在晶圆片上表面区域用干法刻蚀的方法开上深槽，然后使用常规工艺在晶圆片正面制造MOS结构，即：使用N-型的衬底晶圆片作为衬底，在衬底上杂质掺杂和扩散得到P型区，制作栅极，杂质注入及激活得到N+型源区，在所得结构的上表面淀积保护介质，开接触孔后金属化布线，上表面钝化。
将晶圆片从背面减薄。采用双面对准的光刻技术进行背面曝光，对应着上深槽的位置从背面用干法刻蚀方法开背深槽，令每两个相邻的IGBT器件仅保持连接区处相连。进行常规IGBT器件的背面加工工艺。即：背面离子注入掺杂、退火及金属化。
将四个IGBT器件作为一个整体进行划片分割出来，各IGBT器件独立引出电极，四个IGBT器件共同封装得到连体IGBT器件产品。
本优选实施例中将四个IGBT器件通过漂移区连接部相连接形成田字形连体IGBT器件，连体IGBT器件的工作状态是某一IGBT器件开而与之相邻的IGBT器件关的状态，反之亦然。四个IGBT可轮转进行导通和关断。在开关状态切换的瞬间，漂移区中所积累的载流子可以由一个IGBT器件区域流向另一IGBT器件的区域，就同时缩短了此器件开/关以及与之相邻器件关/开的速度，整体性地提升IGBT器件的工作性能。连体IGBT器件具有常规IGBT器件的性能，而在开关速度上有了很大的提高，并不是四个IGBT器件的简单迭加。
优选实施例四：连体IGBT器件由四个常规IGBT器件通过漂移区连接部相连组成田字形结构。各IGBT器件包括正面的MOS结构和底面的PN结。其中，正面的MOS结构由N+源漏区、P型沟道区和起到源漏区作用的N型漂移区构成。底面的PN结结构是由P+/N+底面区和N型漂移区构成。
使用常规工艺在晶圆片正面制造MOS结构，即：使用N-型的衬底晶圆片作为衬底，在衬底上杂质掺杂和扩散得到P型区，制作栅极，杂质注入及激活得到N+型源区，在所得结构的上表面淀积保护介质，开接触孔后金属化布线，上表面钝化。在此过程中，在晶圆片上表面区域用干法刻蚀的方法开上深槽。
进行常规IGBT器件的背面加工工艺。即：将晶圆片从背面减薄，背面离子注入掺杂、退火及金属化。在此过程中，采用双面对准的光刻技术进行背面曝光，对应着上深槽的位置从背面用干法刻蚀方法开背深槽，令每两个相邻的IGBT器件仅保持连接区处相连。
将四个器件作为一个整体进行划片分割出来，四个IGBT器件共同封装得到连体IGBT器件产品。位于左上角的IGBT器件和右下角的IGBT器件并联在一起，构成一个组块；右上角的IGBT器件和左下角的IGBT器件并联构成另一个组块，形成的是两组块、彼此连体的连体IGBT器件。
本优选实施例中将四个IGBT器件通过漂移区连接部相连接，以左上角IGBT器件由开通到关闭的转换而论，其在开通期间所积聚载流子，既可以向右上角IGBT器件区泄放，也可以向左下角IGBT器件区泄放，因此可提高泄放效率，进一步提升器件的工作速度。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种连体IGBT器件，其特征在于，所述器件包括至少两个IGBT器件，两个IGBT器件的漂移区互相连通，各IGBT器件独立引出电极。
2.根据权利要求1所述的连体IGBT器件，其特征在于，所述连体IGBT器件由四个IGBT器件组成田字形，每个IGBT器件分别与相连的IGBT器件连通漂移区。
3.根据权利要求2所述的连体IGBT器件，其特征在于，左上角的IGBT器件和右下角的IGBT器件并联形成第一组块，右上角的IGBT器件和左下角的IGBT器件并联形成第二组块。
4.根据权利要求1所述的连体IGBT器件，其特征在于，所述连体IGBT器件由两个IGBT器件组成，一IGBT器件占较大的芯片面积，作为承担较大的电流的主开关器件，相连的另一IGBT器件占较小的芯片面积，作为起到加速主器件开关切换作用的辅助器件。
5.一种连体IGBT器件的加工方法，其特征在于，包括下述步骤：
5.1在第一导电类型的衬底晶圆片上，通过杂质掺杂和扩散得到第二导电类型的沟道区；制备栅极，通过杂质注入及掺杂激活工艺得到第一导电类型的源区；淀积保护介质层，开接触孔，金属化布线，上表面钝化；
5.2在步骤5.1之前、之中或之后，在上表面开上槽，淀积钝化层保护裸露部分；
5.3将晶圆片背面减薄；
5.4背面离子注入掺杂、退火、金属化；
5.5在步骤5.4之前、之中或之后，在背面对应上槽的位置处开背槽；
5.6划片，连体IGBT器件的各组成器件独立引出电极；封装。
6.根据权利要求5所述的连体IGBT器件的加工方法，其特征在于，步骤5.2中开上槽使用的是湿法腐蚀、干法刻蚀、干湿法复合刻蚀或激光烧蚀的方法。
7.根据权利要求5所述的连体IGBT器件的加工方法，其特征在于，步骤5.5中开背槽的步骤为：
5.5.1对应上槽的位置处在背面采用双面对准光刻技术进行曝光；
5.5.2使用湿法腐蚀、干法刻蚀、干湿法复合刻蚀或激光烧蚀的方法开背槽。
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