CN107425061A - 新型变掺杂阳极igbt结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型变掺杂阳极IGBT结构及其制作方法，IGBT结构包括集电区，其中，集电区包括有源区对应的第一集电区和终端对应的第二集电区，第一集电区的掺杂剂量高于第二集电区的掺杂剂量。由于有源区对应的第一集电区与终端对应的第二集电区的掺杂剂量不相同，第一集电区的掺杂剂量高、空穴注入效率高，而第二集电区的掺杂剂量低、空穴注入效率低，可使得该IGBT结构既能获得良好的导通性能，又具有较高的抗动态雪崩性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种新型变掺杂阳极IGBT结构及其制作方法。
背景技术
如图1所示为普通绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)芯片的横截面图，它的集电区1分为有源区a及终端b。其中有源区a为元胞区，是电流的主要通道。如果终端b的空穴注入效率过高，IGBT在正向导通时终端b会被注入大量空穴，IGBT关断时这些空穴会被扫出终端b，在此过程中空穴会调制终端b的电场分布，导致电场集中，使IGBT发生动态雪崩击穿，在低于额定击穿电压的情况下发生击穿失效。
有源区a的注入效率较高有利于降低IGBT的导通压降，而终端b较高的阳极注入效率容易使终端发生动态雪崩。集电区1的空穴注入效率主要由集电区1的掺杂剂量决定，掺杂剂量越高该区的空穴注入效率越高，掺杂剂量越低则该区的空穴注入效率越低。
现有的技术方案在进行IGBT芯片集电区1工艺时采用一次整体注入和扩散，形成的有源区a及终端b的掺杂剂量完全相同，这往往导致IGBT在关断时会因发生动态雪崩而失效。
发明内容
本发明提供一种新型变掺杂阳极IGBT结构及其制作方法，用以解决现有技术中IGBT在关断时容易发生动态雪崩而失效的技术问题。
本发明一方面提供一种新型变掺杂阳极IGBT结构，包括：
集电区，其中，集电区包括有源区对应的第一集电区和终端对应的第二集电区，第一集电区的掺杂剂量高于第二集电区的掺杂剂量。
进一步的，还包括淀积在第一集电区和第二集电区上的金属层，第二集电区与金属层的接触面为平面，所述平面位于第二集电区内，所述平面与水平接触面相交且与水平接触面呈一定角度设置，其中，水平接触面为第一集电区和金属层的接触面。
进一步的，还包括淀积在第一集电区和第二集电区上的金属层，第二集电区与金属层的接触面为向着远离金属层一侧凹陷的凹面，所述凹面位于第二集电区内，所述凹面的横截面为弧线，且所述凹面与水平接触面相交，其中，水平接触面为第一集电区和金属层的接触面。
进一步的，第一集电区和第二集电区均为P型掺杂。
进一步的，第一集电区和第二集电区均为N型掺杂。
进一步的，金属层为铝层。
本发明另一方面提供一种新型变掺杂阳极IGBT制作方法，包括：
步骤101，在IGBT正面及集电区完成之后，在集电区上形成硅刻蚀掩膜，且将集电区分为有源区对应的第一集电区和终端对应的第二集电区；
步骤102，根据硅湿法刻蚀的各向同性特性，对第二集电区进行刻蚀，以使第一集电区掺杂剂量高于第二集电区的掺杂剂量。
进一步的，对终端对应的第二集电区进行刻蚀时，最大刻蚀深度小于第二集电区结深。
进一步的，步骤102之后，还包括，
步骤103，在刻蚀后的集电区上淀积金属层，以形成集电极。
进一步的，金属层为铝层。
本发明提供的新型变掺杂阳极IGBT结构及其制作方法，由于有源区对应的第一集电区与终端对应的第二集电区的掺杂剂量不相同，其中第一集电区的掺杂剂量高、空穴注入效率高，而第二集电区的掺杂剂量低、空穴注入效率低，可使得该IGBT结构既能获得良好的导通性能，又具有较高的抗动态雪崩性能。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为普通IGBT芯片的横截面图；
图2为本发明实施例二提供的新型变掺杂阳极IGBT结构的一结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的新型变掺杂阳极IGBT结构的另一结构示意图；
图4为本发明实施例三提供的新型变掺杂阳极IGBT制作方法的流程示意图；
图5为根据本发明实施例三提供的新型变掺杂阳极IGBT制作方法获得的一结构示意图；
图6为根据本发明实施例三提供的新型变掺杂阳极IGBT制作方法获得的另一结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一
本实施例提供一种新型变掺杂阳极IGBT结构，包括：集电区，其中，集电区包括有源区对应的第一集电区和终端对应的第二集电区，第一集电区的掺杂剂量高于第二集电区的掺杂剂量。
具体的，集电区分为有源区及终端。其中有源区为元胞区，是电流的主要通道，将有源区所在范围的集电区划分为第一集电区，终端所在范围的集电区划分为第二集电区。
为使第一集电区的掺杂剂量高于第二集电区的掺杂剂量，可对第一集电区进行高浓度掺杂，对第二集电区进行低浓度掺杂，或者在第一集电区与第二集电区掺杂浓度相同的情况下，对第二集电区进行刻蚀，以使第一集电区的掺杂剂量高于第二集电区的掺杂剂量。
由于第一集电区与第二集电区的掺杂剂量不相同，其中第一集电区的掺杂剂量高、空穴注入效率高，而第二集电区的掺杂剂量低、空穴注入效率低，可使得该IGBT结构既能获得良好的导通性能，又具有较高的抗动态雪崩性能。
实施例二
本实施例是在上述实施例的基础上进行的补充说明。
图2为本发明实施例二提供的新型变掺杂阳极IGBT结构的一结构示意图；如图2所示，还包括淀积在第一集电区211和第二集电区212上的金属层22，第二集电区212与金属层22的接触面为平面213，平面213位于第二集电区212内，平面213与水平接触面214相交且与水平接触面214呈一定角度设置，其中，水平接触面214为第一集电区211和金属层22的接触面。
具体的，将集电区21划分为第一集电区211和第二集电区212。平面213为第二集电区212与金属层22的接触面，平面213与水平接触面214相交且与水平接触面214呈一定角度设置，该角度可以任意，只需保证平面213位于第二集电区212内即可。金属层22优选为铝层。
本实施例中通过将第二集电区212进行刻蚀，以使第二集电区212与金属层22的接触面与水平接触面214呈一定角度，使得第一集电区211比第二集电区212的掺杂剂量高，第一集电区211的空穴注入效率高，第二集电区212的空穴注入效率低，最终使得该IGBT结构既能获得良好的导通性能，又具有较高的抗动态雪崩性能。
图3为本发明实施例二提供的新型变掺杂阳极IGBT结构的另一结构示意图；如图3所示，还包括淀积在第一集电区311和第二集电区312上的金属层32，第二集电区312与金属层32的接触面为向着远离金属层32一侧凹陷的凹面313，凹面313位于第二集电区内312，凹面313的横截面为弧线，且凹面313与水平接触面314相交，其中，水平接触面314为第一集电区311和金属层32的接触面。
具体的，将集电区31划分为第一集电区311和第二集电区312。凹面313为第二集电区312与金属层32的接触面，它向着远离金属层32一侧凹陷，凹面313的横截面为弧线。
进一步的，第一集电区和第二集电区均为P型掺杂或者第一集电区和第二集电区均为N型掺杂。
本实施例中通过将第二集电区312进行刻蚀，以使第二集电区312某些区域的结深小于第一集电区311的结深，使得第一集电区311比第二集电区312的掺杂剂量高，第一集电区311的空穴注入效率高，第二集电区312的空穴注入效率低，最终使得该IGBT结构既能获得良好的导通性能，又具有较高的抗动态雪崩性能。
实施例三
本实施例为方法实施例，用于制作上述实施例一中的IGBT结构。
图4为本发明实施例三提供的新型变掺杂阳极IGBT制作方法的流程示意图；如图4所示，本实施例提供一种新型变掺杂阳极IGBT制作方法，包括：
步骤101，待IGBT正面及集电区完成之后，在集电区上形成硅刻蚀掩膜，且将集电区分为有源区对应的第一集电区和终端对应的第二集电区。
本步骤形成的结构如图5所示，标号411为第一集电区，标号412为第二集电区，标号M为硅刻蚀掩膜。硅刻蚀掩膜为氮化硅或光刻胶。
步骤102，根据硅湿法刻蚀的各向同性特性，对第二集电区进行刻蚀，以使第一集电区掺杂剂量高于第二集电区的掺杂剂量。
具体的，根据硅湿法刻蚀的各向同性特性，通过钻刻形成如图6所示的结构，其中刻蚀的角度根据掩膜和刻蚀液的特性自然形成。
本步骤形成的结构如图6所示，标号413为刻蚀的部分。
本实施例中，通过对第二集电区进行刻蚀，以使第二集电区某些区域的结深小于第一集电区的结深，使得第一集电区比第二集电区的掺杂剂量高，导致第一集电区的空穴注入效率高，第二集电区的空穴注入效率低，最终使得该IGBT结构既能获得良好的导通性能，又具有较高的抗动态雪崩性能。
进一步的，步骤102之后，还包括，步骤103，在刻蚀后的集电区上淀积金属层，以形成集电极。优选的金属层为铝层。
进一步的，对终端对应的第二集电区进行刻蚀时，最大刻蚀深度小于第二集电区结深。即保证第二集电区与金属层接触的面位于第二集电区内。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种新型变掺杂阳极IGBT结构，其特征在于，包括：
集电区，其中，集电区包括有源区对应的第一集电区和终端对应的第二集电区，第一集电区的掺杂剂量高于第二集电区的掺杂剂量。
2.根据权利要求1所述的新型变掺杂阳极IGBT结构，其特征在于，还包括淀积在第一集电区和第二集电区上的金属层，第二集电区与金属层的接触面为平面，所述平面位于第二集电区内，所述平面与水平接触面相交且与水平接触面呈一定角度设置，其中，水平接触面为第一集电区和金属层的接触面。
3.根据权利要求1所述的新型变掺杂阳极IGBT结构，其特征在于，还包括淀积在第一集电区和第二集电区上的金属层，第二集电区与金属层的接触面为向着远离金属层一侧凹陷的凹面，所述凹面位于第二集电区内，所述凹面的横截面为弧线，且所述凹面与水平接触面相交，其中，水平接触面为第一集电区和金属层的接触面。
4.根据权利要求1所述的新型变掺杂阳极IGBT结构，其特征在于，第一集电区和第二集电区均为P型掺杂。
5.根据权利要求1所述的新型变掺杂阳极IGBT结构，其特征在于，第一集电区和第二集电区均为N型掺杂。
6.根据权利要求2所述的新型变掺杂阳极IGBT结构，其特征在于，金属层为铝层。
7.一种新型变掺杂阳极IGBT制作方法，其特征在于，包括：
步骤101，在IGBT正面及集电区完成之后，在集电区上形成硅刻蚀掩膜，且将集电区分为有源区对应的第一集电区和终端对应的第二集电区；
步骤102，根据硅湿法刻蚀的各向同性特性，对第二集电区进行刻蚀，以使第一集电区掺杂剂量高于第二集电区的掺杂剂量。
8.根据权利要求7所述的新型变掺杂阳极IGBT制作方法，其特征在于，对终端对应的第二集电区进行刻蚀时，最大刻蚀深度小于第二集电区结深。
9.根据权利要求7所述的新型变掺杂阳极IGBT制作方法，其特征在于，步骤102之后，还包括，
步骤103，在刻蚀后的集电区上淀积金属层，以形成集电极。
10.根据权利要求9所述的新型变掺杂阳极IGBT制作方法，其特征在于，金属层为铝层。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200930 Address after: 412001 Room 309, floor 3, semiconductor third line office building, Tianxin hi tech park, Shifeng District, Zhuzhou City, Hunan Province Patentee after: Zhuzhou CRRC times Semiconductor Co.,Ltd. Address before: The age of 412001 in Hunan Province, Zhuzhou Shifeng District Road No. 169 Patentee before: ZHUZHOU CRRC TIMES ELECTRIC Co.,Ltd. |
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