CN210073859U - 一种反向导通场截止型igbt - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种反向导通场截止型IGBT，包括衬底；衬底为P型衬底；P型衬底的背面设有集电极；P型衬底的正面设有电场终止层；电场终止层背离P型衬底的一面设有漂移区；漂移区内设有P型的场限环，场限环设有多个；场限环上设有场氧化层和氧化物介质层；P型衬底的正面还设有P阱，P阱内设有N型的发射极；氧化物介质层上覆盖设有钝化层。本实用新型提供的反向导通场截止型IGBT，在全面注入N型杂质后进行高温退火，从而加快导通以及降低压降；其次，采用高能电子束对晶圆进行辐照，引入晶格缺陷，降低漂移区的载流子寿命，当FRD从正偏改为反偏时，载流子的复合速度变快，从而提高了反向导通场截止型IGBT的开关速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子元器件技术领域，特别涉及一种反向导通场截止型IGBT。
背景技术
IGBT又称绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOSFET(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,兼有绝缘栅型场效应管的高输入阻抗和双极型三极管的低导通压降两方面的优点。在交流电机、逆变器、照明电路、开关电路、牵引传动等直流电压为600V及以上的变流系统中得到广泛应用。
反向导通绝缘栅双极晶体管是具有国际前瞻性的一种新型IGBT器件，它将传统的与IGBT芯片反并联封装在一起的FRD，FRD又称为快速恢复二极管，与IGBT集成在同一芯片上，提高了功率密度，降低了芯片面积、制作成本以及封装成本，同时提高了IGBT的可靠性。
但是，目前市面上的反向导通IGBT存在开关速度普遍较慢的问题。
实用新型内容
为解决现有的反向导通IGBT的开关速度普遍较慢的问题，本实用新型现提供一种反向导通场截止型IGBT，包括衬底；所述衬底为P型衬底；所述P型衬底的背面设有集电极；所述P型衬底的正面设有电场终止层；所述电场终止层背离所述P型衬底的一面设有漂移区；所述漂移区内设有P型的场限环，所述场限环设有多个；所述场限环上设有场氧化层和氧化物介质层；
所述P型衬底的正面还设有P阱，所述P阱内设有发射极；所述氧化物介质层上覆盖设有钝化层。
进一步地，所述发射极为N型。
进一步地，所述电场终止层的厚度为4um-6um。
进一步地，所述漂移区的厚度为45um-55um。
进一步地，所述氧化物介质层的厚度为0.3um-0.7um。
进一步地，所述集电极采用TiNiAg材质制成。
进一步地，所述钝化层采用SiO2和Si3N4制成。
本实用新型提供的反向导通场截止型IGBT，在全面注入N型杂质，后进行高温退火，从而加快导通以及降低压降；其次，采用高能电子束对晶圆进行辐照，引入晶格缺陷，降低漂移区的载流子寿命，当FRD从正偏改为反偏时，载流子的复合速度变快，从而提高了反向导通场截止型IGBT的开关速度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的反向导通场截止型IGBT的结构示意图。
附图标记：
10 P型衬底 20 集电极 30 电场终止层
40 漂移区 50 场限环 60 场氧化层
70 氧化物介质层 80 P阱 81 发射极
90 钝化层
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实用新型提供了一种反向导通场截止型IGBT，图1为本实用新型实施例提供的反向导通场截止型IGBT的结构示意图，如图1所示，包括衬底；所述衬底为P型衬底10；所述P型衬底10的背面设有集电极20；所述P型衬底10的正面设有电场终止层30；所述电场终止层30背离所述P型衬底10的一面设有漂移区40；所述漂移区40内设有P型的场限环50，所述场限环50设有多个；所述场限环50上设有场氧化层60和氧化物介质层70；
所述P型衬底10的正面还设有P阱80，所述P阱80内设有N型的发射极81；所述氧化物介质层70上覆盖设有钝化层90。
本实用新型还提供了一种如上任意所述的反向导通场截止型IGBT的制作方法，该方法包括：步骤A，在P型衬底10上光刻注入N型杂质，本实施例中的N型杂质为P31/150Kev/3e15CM-3，从而形成逆导结构；
步骤B，往上生长5um厚度的N+，浓度为2E18,形成电场终止层30；
步骤C，在FS EPI上生长一层49um的N-，浓度为1.8E14CM-3，形成的漂移区40；
步骤D，再往上生长9um厚度的N-，用于后续MOS的制作；
步骤E，然后对其进行表面场氧化、退火、光刻蚀刻，其中，氧化厚度为7500埃，退火温度为1200℃，退火时间为6小时；
步骤F，全面注入P31/100Kev/2E12CM-3后进行高温退火，温度在1000-1200℃，时间为5-7小时。这样有助于加快导通及降低压降。
步骤G，进行栅氧化层的生长，淀积多晶硅，利用栅极光刻蚀刻形成栅极；
步骤H，全面注入B11/90KeV/1E12CM-3形成PW沟道区；光刻注入As/60Kev/8E15CM-3形成N+发射区；在表面生长0.5um厚的氧化物介质层70，再进行光刻蚀刻、B11/20Kev/2E15离子注入和退火形成接触区，之后进行淀积金属光刻蚀刻形成金属发射极81和淀积钝化层90光刻蚀刻形成钝化；
步骤I，完成正面工艺后，将背面研磨至逆导结构，再对其进行抛光、清洗、蒸发、合金形成背面金属，形成集电极20；
步骤J，采用高能电子束对晶圆进行辐照，辐照剂量大于10KGS，引入晶格缺陷，降低漂移区40的载流子寿命，当FRD从正偏改为反偏时，载流子的复合速度变快，从而提高了反向导通场截止型IGBT的开关速度。
本实用新型提供的反向导通场截止型IGBT，在全面注入N型杂质后进行高温退火，从而加快导通以及降低压降；其次，采用高能电子束对晶圆进行辐照，引入晶格缺陷，降低漂移区的载流子寿命，当FRD从正偏改为反偏时，载流子的复合速度变快，从而提高了反向导通场截止型IGBT的开关速度。
较佳地，还可采用另一种方法制作本实用新型中的反向导通场截止型IGBT，该方法步骤如下，步骤A，在P型衬底10上光刻注入N型杂质，本实施例中的N型杂质为P31/150Kev/3e15CM-3，从而形成逆导结构；
步骤B，往上生长5um厚度的N+，浓度为2E18,形成电场终止层30；
步骤C，在FS EPI上生长一层49um的N-，浓度为1.8E14CM-3，形成的漂移区40；
步骤D，再往上生长9um厚度的N-，用于后续MOS的制作；
步骤E，然后对其进行表面场氧化、退火、光刻蚀刻，其中，氧化厚度为7500埃，退火温度为1200℃，退火时间为6小时；
步骤F，全面注入P31/100Kev/2E12CM-3后进行高温退火，温度在1000-1200℃，时间为5-7小时。这样有助于加快导通及降低压降。
步骤G，进行栅氧化层的生长，淀积多晶硅，利用栅极光刻蚀刻形成栅极；
步骤H，全面注入B11/90KeV/1E12CM-3形成PW沟道区；光刻注入As/60Kev/8E15CM-3形成N+发射区；在表面生长0.5um厚的氧化物介质层70，再进行光刻蚀刻、B11/20Kev/2E15离子注入和退火形成接触区；
步骤I,用常规的金属薄膜沉积法在硅表面沉积一层0.001um以上的铂薄膜，在惰性气体保护中进行铂硅合金化，使硅和铂的接触界面形成一层铂硅合金层，之后除去表层的铂层，留下铂硅合金层，进行铂吸取退火，退火温度为670-750℃，时长20-90分钟。之后按照常规方法进行淀积金属光刻蚀刻形成金属发射极81和淀积钝化层90光刻蚀刻形成钝化。
步骤J,完成正面工艺后，将背面研磨至逆导结构，再对其进行抛光、清洗、蒸发、合金形成背面金属，做集电极20。由于漂移区40渗入铂原子构成复合中心，降低了漂移区40的载流子寿命，当FRD从正偏改为反偏时，载流子的复合速度变快，从而提高开关速度。
较佳地，集电极20采用TiNiAg制成；钝化层90采用SiO2和Si3N4制成。
尽管本文中较多的使用了诸如衬底、金属层、电场终止层、漂移区、场限环、场氧化层、氧化物介质层、P阱、发射极和钝化层等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种反向导通场截止型IGBT，其特征在于：包括衬底；所述衬底为P型衬底(10)；所述P型衬底(10)的背面设有集电极(20)；所述P型衬底(10)的正面设有电场终止层(30)；所述电场终止层(30)背离所述P型衬底(10)的一面设有漂移区(40)；所述漂移区(40)内设有P型的场限环(50)，所述场限环(50)设有多个；所述场限环(50)上设有场氧化层(60)和氧化物介质层(70)；
所述P型衬底(10)的正面还设有P阱(80)，所述P阱(80)内设有发射极(81)；所述氧化物介质层(70)上覆盖设有钝化层(90)。
2.根据权利要求1所述的反向导通场截止型IGBT，其特征在于：所述发射极(81)为N型。
3.根据权利要求1所述的反向导通场截止型IGBT，其特征在于：所述电场终止层(30)的厚度为4um-6um。
4.根据权利要求1所述的反向导通场截止型IGBT，其特征在于：所述漂移区(40)的厚度为45um-55um。
5.根据权利要求1所述的反向导通场截止型IGBT，其特征在于：所述氧化物介质层(70)的厚度为0.3um-0.7um。
6.根据权利要求1所述的反向导通场截止型IGBT，其特征在于：所述集电极(20)采用TiNiAg制成。
7.根据权利要求1所述的反向导通场截止型IGBT，其特征在于：所述钝化层(90)采用SiO2和Si3N4制成。
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| CN110473913A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-11-19 | 厦门芯达茂微电子有限公司 | 一种反向导通场截止型igbt及其制作方法 |
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- 2019-09-11 CN CN201921512202.9U patent/CN210073859U/zh active Active
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