CN103839992A - 一种功率器件—ti-igbt的结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功率器件—TI-IGBT，此器件是将传统的VDMOS、IGBT及FRD三种器件结构及功能集成为一体，器件的正面结构与传统的VDMOS、IGBT的正面结构相似，背面结构为集电区和短路区相间分布。本发明提供的一种功率器件—TI-IGBT综合了VDMOS和IGBT各自的优点，既有较快的关断速度，又有较低的导通压降。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件，特别涉及一种功率器件—TI-IGBT的结构及其制备方法。
背景技术
VDMOS器件的背面是N型半导体，属于单极器件，开关速度快，但是随着耐压的增加，器件的导通压降迅速增大。IGBT器件的背面是P型半导体，在导通时P型集电极会注入大量的空穴，从而发生电导调制效应，降低了导通压降，另一方面由于注入了大量少子，器件关断时需要将过剩的少子复合掉，这导致器件关断较慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较快关断速度和较低导通压降的功率器件—TI-IGBT的结构及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种功率器件—TI-IGBT的结构，是将VDMOS、IGBT及FRD三种器件结构集成为一体，其正面结构漂移区、栅氧、发射区、将发射区和漂移区隔开的基区、重掺杂区、微穿通区、及三个引出端；所述三个引出端为集电极、发射极和栅极；所述栅极连接发射区和漂移区，栅极通过栅氧与半导体区域绝缘；所述发射区的下面被基区包围，所述重掺杂区设置在发射区的中央区域，所述发射极连接发射区和重掺杂区；背面结构包括集电区和短路区，所述集电区和短路区之间引出集电极；
进一步地，所述集电区和短路区相间分布、或集电区中镶嵌短路区、或短路区中镶嵌集电区。
进一步地，所述集电区和短路区形状为圆形、椭圆形或矩形。
进一步地，所述集电区和短路区的面积比在10%-50%的范围内。
本发明还提供了功率器件—TI-IGBT的制备方法：完成器件的正面结构后，先通过两次光刻，分别刻出集电区窗口或短路区窗口，然后分别注入N型掺杂或P型掺杂后退火形成短路区或集电区，最后背面金属化。
制备功率器件—TI-IGBT的另一种方法：完成器件的正面结构后，先整体注入P型掺杂或N型掺杂，然后掩膜，光刻掉部分区域的Si至杂质射程外的深度后，再注入N型掺杂或P型掺杂后退火形成短路区或集电区，最后背面金属化。
本发明提供的一种功率器件—TI-IGBT的结构及其制备方法，综合了VDMOS器件和IGBT器件各自的优点，既有较快的关断速度，又有较低的导通压降，另外器件在承受反压时有良好的逆导功能，可以使器件在很多的应用场合不必反并联FRD。
附图说明
图1为本发明实施例提供的功率器件—TI-IGBT的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的功率器件—TI-IGBT的背面结构的集电区和短路区的布局示意图。
图3为本发明实施例一提供的制备功率器件—TI-IGBT步骤中用掩膜定义光刻胶形状后注入N型掺杂（或P型掺杂）的示意图。
图4为本发明实施例一提供的制备功率器件—TI-IGBT步骤中去胶退火后形成第一（或第二）导电类型的短路区（或集电区）的示意图。
图5为本发明实施例一提供的制备功率器件—TI-IGBT步骤中用掩膜定义光刻胶形状后注入P型掺杂（或N型掺杂）的示意图。
图6为本发明实施例一提供的制备功率器件—TI-IGBT步骤中去胶退火后形成第二（或第一）导电类型的集电区（或短路区）的示意图。
图7为本发明实施例一提供的制备功率器件—TI-IGBT步骤中背面金属化示意图。
图8为本发明实施例二提供的制备功率器件—TI-IGBT步骤中整个硅片背面注入N型掺杂（或P型掺杂）的示意图。
图9为本发明实施例二提供的制备功率器件—TI-IGBT步骤中退火后在整个硅片上形成第一（或第二）导电类型的短路区（或集电区）的示意图。
图10为本发明实施例二提供的制备功率器件—TI-IGBT步骤中用掩膜定义光刻胶并在硅片部分区域保留短路区（或集电区）的示意图。
图11为本发明实施例二提供的制备功率器件—TI-IGBT步骤中N型掺杂（或P型掺杂）后去胶退火形成第二（或第一）导电类型的集电区（或短路区）的示意图。
图12为本发明实施例二提供的制备功率器件—TI-IGBT步骤中背面金属化的示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种功率器件—TI-IGBT的结构，是将线框201所圈的IGBT，线框202所圈的VDMOS以及线框203所圈的FRD三种器件结构集成为一体。
功率器件—TI-IGBT的正面结构包括为低掺杂浓度的第一导电类型的漂移区106、栅氧102、低掺杂浓度的第二导电类型的基区103、高掺杂浓度的第一导电类型的发射区104、第二导电类型的重掺杂区105、微穿通区107、高掺杂浓度的第一导电类型的集电区109、高掺杂浓度的第二导电类型的短路区108、及三个引出端；三个引出端分别为集电极301、发射极302和栅极303；栅极303连接发射区104和漂移区106，栅极303通过栅氧102与半导体区域绝缘；基区103将发射区104和漂移区106隔开，发射区104的下面被基区103包围、上面连接发射极302，重掺杂区105设置在发射区104的中央区域，发射极302连接发射区104和重掺杂区105。
参见图2，功率器件—TI-IGBT的背面结构包括集电区109和短路区108，集电区109和短路区108在背面版图中的布局为条形区域相间分布、或集电区109中镶嵌短路区108、或短路区108中镶嵌集电区109；集电区109和短路区108的形状为圆形、椭圆形或矩形；两个区域的面积比在10%-50%的范围内。
由于本发明实施例提供的一种功率器件—TI-IGBT的结构，是将VDMOS、IGBT及FRD三种器件结构集成为一体，因此，功率器件TI-IGBT的工作特性也是这三种器件的组合：当正面导通且电流密度较小时，集电区109与漂移区106（或微穿通区107）组成的集电极301被短路区108短路而不能导通，此时器件特性如同一个VDMOS是单极导电；当电流密度增加到一定程度时，集电极301被集电区109上方的横向电流所产生的压降正偏导通，注入了大量的空穴，此时器件特性如同一个IGBT是双极导电；当器件关断时，短路区108提供了一条高效的过剩载流子泄放通道，载流子可以通过短路区108直接流到集电极301，从而器件具有与VDMOS相近的关断特性；当器件承受反向压降时，电流可以从203所示的二极管通道流入，此时器件的工作特性更像是一个PIN二极管，即FRD。
本发明还提供了一种功率器件—TI-IGBT的制备方法：通过制备IGBT器件的工艺完成器件的正面结构后，先通过两次光刻，分别刻出集电区109窗口或短路区108窗口，然后分别注入N型掺杂（或P型掺杂）后退火形成短路区108或集电区109，最后背面金属化；也可以先整体注入P型掺杂（或N型掺杂），然后掩膜，光刻掉部分区域的Si至杂质射程外的深度后，再注入N型掺杂（或P型掺杂）后退火形成短路区108或集电区109，最后背面金属化。
实施例一：
正面工艺完成后将硅片从背面减薄到特定厚度，如果有微穿通层的话可以通过注入退火形成微穿通层107；
参见图3，用掩膜定义光刻胶402形状后注入N型掺杂（或P型掺杂）401；
参见图4，去胶退火后形成第一（或第二）导电类型的短路区108（或集电区109）；
参见图5，用掩膜定义光刻胶404形状后注入P型掺杂（或N型掺杂）403；
参见图6，去胶退火后形成第二（或第一）导电类型的集电区109（或短路区108）；
参见图7，最后背面金属化，形成集电极金属301。
实施例二：
正面工艺完成后将硅片从背面减薄到特定厚度，如果有微穿通层的话可以通过注入退火形成微穿通层107；
参见图8，整个硅片背面注入N型掺杂（或P型掺杂）401；
参见图9，退火后在整个硅片上形成第一（或第二）导电类型的短路区108（或集电区109）；
参见图10，用掩膜定义光刻胶并刻蚀掉部分注入杂质404的第一（或第二）导电类型的短路区108（或集电区109），只在硅片部分区域保留第一（或第二）导电类型的短路区108（或集电区109）；
参见图11，注入P型掺杂（或N型掺杂）403后去胶退火形成第二（或第一）导电类型的集电区109（或短路区108），注入杂质后退火形成短路区108（或集电区109）；
参见图12，最后背面金属化，形成集电极金属301。
本发明实施例提供的一种功率器件—TI-IGBT具有以下优点：
1．N+短路区在器件的背面，过剩载流子距短路区的距离较短，这样器件关断时可以将过剩载流子及时抽出。
2．TI-IGBT结构在承受反压时，相当于一个FRD，其有源区都可承载电流，具有很大的电流承载能力和抗浪涌电流的能力，这样在TI-IGBT驱动感性负载时不用反并联FRD，节省了器件及系统的成本。
3．TI-IGBT导通时发生了电导调制效应，具有较小的通过损耗，另一方面关断时间比传统IGBT要短，开关损耗较小，工作频率上限较高。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种功率器件—TI-IGBT，其特征在于：是将VDMOS、IGBT及FRD三种器件结构集成为一体，正面结构包括漂移区、栅氧、发射区、将发射区和漂移区隔开的基区、重掺杂区、微穿通区、及三个引出端；所述三个引出端为集电极、发射极和栅极；所述栅极连接发射区和漂移区，栅极通过栅氧与半导体区域绝缘；所述发射区的下面被基区包围，所述重掺杂区设置在发射区的中央区域，所述发射极连接发射区和重掺杂区；背面结构包括集电区和短路区，所述集电区和短路区之间引出集电极。
2.根据权利要求1所述的功率器件—TI-IGBT，其特征在于：所述集电区和短路区相间分布、或集电区中镶嵌短路区、或短路区中镶嵌集电区。
3.根据权利要求1所述的功率器件—TI-IGBT，其特征在于：所述集电区和短路区形状为圆形、椭圆形或矩形。
4.根据权利要求1所述的功率器件—TI-IGBT，其特征在于：所述集电区和短路区的面积比在10%-50%的范围内。
5.权利要求1所述的功率器件—TI-IGBT的制备方法，其特征在于：完成器件的正面结构后，先通过两次光刻，分别刻出集电区窗口或短路区窗口，然后分别注入N型掺杂或P型掺杂后退火形成短路区或集电区，最后背面金属化。
6.权利要求1所述的功率器件—TI-IGBT的制备方法，其特征在于：完成器件的正面结构后，先整体注入P型掺杂或N型掺杂，然后掩膜，光刻掉部分区域的Si至杂质射程外的深度后，再注入N型掺杂或P型掺杂后退火形成短路区或集电区，最后背面金属化。
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104022033A (zh) * | 2014-06-18 | 2014-09-03 | 江苏中科君芯科技有限公司 | 一种ti-igbt芯片背面结构的加工方法 |
| CN111816708A (zh) * | 2020-09-01 | 2020-10-23 | 晟芯世科电力电子(南京)有限公司 | 一种抗浪涌SiC MOSFET器件及其制造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5891776A (en) * | 1995-05-22 | 1999-04-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of forming insulated-gate semiconductor devices using self-aligned trench sidewall diffusion techniques |
| US6051850A (en) * | 1995-12-30 | 2000-04-18 | Fairchild Korea Semiconductor Ltd. | Insulated gate bipolar junction transistors having built-in freewheeling diodes therein |
| CN1577884A (zh) * | 2003-07-24 | 2005-02-09 | 三菱电机株式会社 | 绝缘栅型双极晶体管及其制造方法以及变流电路 |
| CN102203945A (zh) * | 2008-11-05 | 2011-09-28 | Abb技术有限公司 | 反向导通半导体装置 |
-
2013
- 2013-03-18 CN CN201310086221.0A patent/CN103839992A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5891776A (en) * | 1995-05-22 | 1999-04-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of forming insulated-gate semiconductor devices using self-aligned trench sidewall diffusion techniques |
| US6051850A (en) * | 1995-12-30 | 2000-04-18 | Fairchild Korea Semiconductor Ltd. | Insulated gate bipolar junction transistors having built-in freewheeling diodes therein |
| CN1577884A (zh) * | 2003-07-24 | 2005-02-09 | 三菱电机株式会社 | 绝缘栅型双极晶体管及其制造方法以及变流电路 |
| CN102203945A (zh) * | 2008-11-05 | 2011-09-28 | Abb技术有限公司 | 反向导通半导体装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104022033A (zh) * | 2014-06-18 | 2014-09-03 | 江苏中科君芯科技有限公司 | 一种ti-igbt芯片背面结构的加工方法 |
| CN104022033B (zh) * | 2014-06-18 | 2016-08-24 | 江苏中科君芯科技有限公司 | 一种ti-igbt芯片背面结构的加工方法 |
| CN111816708A (zh) * | 2020-09-01 | 2020-10-23 | 晟芯世科电力电子(南京)有限公司 | 一种抗浪涌SiC MOSFET器件及其制造方法 |
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