CN213071147U

CN213071147U - 平面型igbt器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管

Info

Publication number: CN213071147U
Application number: CN202022422950.7U
Authority: CN
Inventors: 周倩
Original assignee: Shanghai Lingxin Semiconductor Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Lingxin Semiconductor Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-04-27
Anticipated expiration: 2030-10-27

Abstract

平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管。本实用新型涉及一种栅控电压驱动型功率半导体器件，尤其涉及平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管。提供了一种不影响器件导通压降的前提下从而有效的减小米勒电容的平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管。本实用新型通过增加一张光罩结合氮元素注入工艺，实现在栅极下方部分区域（宽度5um~10um）形成厚度较厚（大于2000A）的栅氧层，从而有效的减小米勒电容。栅极下方其余区域仍为常规栅氧厚度（1200A），这部分区域刚好是电子电流和和空穴电流流经的途径。从而在不影响器件导通压降的前提下，仅降低器件米勒（Miller）电容。本实用新型具有不影响器件导通压降的前提下从而有效的减小米勒电容等特点。

Description

平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管

技术领域

本实用新型涉及一种栅控电压驱动型功率半导体器件，尤其涉及平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管。

背景技术

IGBT全称绝缘栅双极型晶体管，是一种BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)复合结构的栅控电压驱动型功率半导体器件，具备高输入阻抗、高速开关特性、导通状态低损耗等特点。IGBT器件是现代通用的电力半导体器件，主要应用于新能源、机车牵引、智能电网、高压变频器等领域。

常规的平面型IGBT器件基本结构如图1所示，包括N型衬底4，栅极1，发射极2，收集极3，P型井5，重掺杂的N型区6，改进安全工作区的重掺杂P型区7。

在器件在导通状态下，电子电流和空穴电流的通道如图1中点画线箭头所示。其中电子电流从N+型区6出发，流经沟道（栅极1和P型井5相交的区域），注入N型衬底4，从收集极3流出。而空穴电流从收集极3出发，流经N型衬底4，P型井5，然后在重掺杂的N型区6下方，被发射极2吸收。

从IGBT器件设计角度来看，单位面积下原胞数目的增加可以有效的降低器件导通压降Vcesat（饱和压降）的表现，改善器件整体功耗。但是，过为密集的原胞设计，会导致器件在极限工作条件下，特别是短路状态（SCSOA）下的热失效的风险加大。

常规IGBT器件设计会对原胞数目进行优化，并需适当增加相邻原胞的间距尺寸（Pitch），使器件导通压降Vcesat和极限短路（SCSOA）能力的矛盾达到了折中（Trade-off）。大幅度的提升器件的鲁棒性和极限状态下的可靠性。

然而事物均有两面性。增加相邻原胞的间距尺寸变相的会导致米勒（Miller）电容的增大，从而致使器件开关速度变慢，功耗增加。因此针对平面型IGBT器件，如何在器件导通压降Vcesat和极限短路（SCSOA）能力的矛盾达到了折中的同时，减少米勒电容一直是设计上的难点。

实用新型内容

本实用新型针对以上问题，提供了一种不影响器件导通压降的前提下从而有效的减小米勒电容的平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管。

本实用新型的技术方案是：平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管，包括N型衬底，栅极，发射极，收集极，P型井，重掺杂的N型区和重掺杂的P型区，还包括栅氧层二和栅氧层一；

所述栅氧层一设置在N型衬底的顶面的中部位置，位于所述栅极与N型衬底之间；

所述栅氧层二成形于所述栅氧层一的侧壁，位于所述栅极与N型衬底之间；

所述栅氧层一的厚度大于栅氧层二的厚度。

所述栅氧层二的厚度为1200A。

所述栅氧层一的厚度为不小于2000A。

平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管的制备方法，包括以下步骤：

1）、在N型衬底的表面进行氧化层生长；

2）、在氧化层上进行光刻工艺使邻原胞中心位置覆盖一层光刻胶保护，然后进行氮元素离子注入；

3）、去除光刻胶层和氧化层，然后进行栅氧化层的生长工艺；

4）、栅极，发射极，收集极，P型井，重掺杂的N型区和重掺杂P型区的制备。

步骤1）中氧化层生长厚度为200A。

步骤2）中氮元素离子注入浓度为2E13~1E15。

步骤2）中氮元素注入能量为30Kev~60Kev。

本实用新型通过增加一张光罩结合氮元素注入工艺，实现在栅极下方部分区域（宽度5um~10um）形成厚度较厚（大于2000A）的栅氧层二，从而有效的减小米勒电容。栅极下方其余区域仍为栅氧厚度（1200A），这部分区域刚好是电子电流和和空穴电流流经的途径。从而在不影响器件导通压降的前提下，仅降低器件米勒（Miller）电容。本实用新型具有不影响器件导通压降的前提下从而有效的减小米勒电容等特点。

附图说明

图1是背景技术中常规平面型IGBT器件结构示意图，

图2是在N型衬底的表面进行氧化层生长的结构示意图，

图3是光罩进行氮元素离子注入工艺的结构示意图，

图4是栅氧层二和栅氧层一成形后的结构示意图，

图5是本实用新型IGBT器件的结构示意图；

图中1是栅极，2是发射极，3是收集极，4是N型衬底，5是P型井，6是重掺杂的N型区，7是重掺杂的P型区，81是栅氧层一，82是栅氧层二，9是氧化层。

具体实施方式

本实用新型如图1-5所示，下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图5所示,平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管，包括N型衬底4，栅极1，发射极2，收集极3，P型井5，重掺杂的N型区6和重掺杂的P型区7，还包括栅氧层二82和栅氧层一81；

所述栅氧层一81设置在N型衬底4的顶面的中部位置，位于所述栅极1与N型衬底4之间；

所述栅氧层二82成形于所述栅氧层一81的侧壁，位于所述栅极1与N型衬底4之间；

所述栅氧层一81的厚度大于栅氧层二82的厚度。

所述栅氧层二82的厚度为1200A。

所述栅氧层一81的厚度为不小于2000A。

本案利用氮注入和没有氮注入区域的栅氧化层生长速率的差异，实现栅氧层厚度变化的原胞结构，即栅极下方，电子电流和和空穴电流流经途径位置的栅氧化层厚度正常，而相邻原胞中心位置，栅氧化层厚度明显加厚。新的原胞结构，在不影响器件导通压降的前提下，仅降低器件米勒（Miller）电容。

1）、在N型衬底（晶圆）的表面进行氧化层9生长；厚度为200A。如图2所示；氧化层生长的目的用于减缓后续氮元素离子注入对硅表面的损伤；

2）、在氧化层上进行光刻工艺（涂胶、曝光和显影等）使邻原胞中心位置（宽度5um~10um）覆盖一层光刻胶保护，然后进行氮元素离子注入；如图3所示，本案中氮元素注入浓度为2E13~1E15，且注入能量在30Kev~60Kev，主要是控制silicon（硅）表面的氧化层生长速度；

3）、去除光刻胶层和厚度为200A的氧化层，然后进行栅氧化层的生长工艺；

有氮元素注入的区域氧化层生长缓慢，而邻原胞中心位置由于光刻胶的保护，不受氮元素的注入影响，氧化层生长明显加快。利用有氮注入和没有氮注入区域的栅氧化层生长速率的差异，来实现一种栅氧层厚度变化的原胞结构；即采用光刻工艺进行氮元素注入，在光刻胶覆盖的邻原胞中心位置（宽度5um~10um）形成了大于2000A的栅氧层一，而其余位置形成了1200A的栅氧层二。

4）、后续常规工艺进行栅极，发射极，收集极，P型井，重掺杂的N型区和重掺杂P型区的制备。

步骤1）中氧化层生长厚度为200A。

步骤2）中氮元素离子注入浓度为2E13~1E15。

步骤2）中氮元素注入能量为30Kev~60Kev。

对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：

（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；

（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；

以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管，包括N型衬底（4），栅极（1），发射极（2），收集极（3），P型井（5），重掺杂的N型区（6）和重掺杂的P型区（7），其特征在于，还包括栅氧层二（82）和栅氧层一（81）；

所述栅氧层一（81）设置在N型衬底（4）的顶面的中部位置，位于所述栅极（1）与N型衬底（4）之间；

所述栅氧层二（82）成形于所述栅氧层一（81）的侧壁，位于所述栅极（1）与N型衬底（4）之间；

所述栅氧层一（81）的厚度大于栅氧层二（82）的厚度。

2.根据权利要求1所述的平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述栅氧层二（82）的厚度为1200A。

3.根据权利要求1所述的平面型IGBT器件米勒电容的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述栅氧层一（81）的厚度为不小于2000A。