[发明专利]一种基于N型注入层的IGBT芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术，具体涉及一种基于N型注入层的IGBT芯片及其制造方法。

背景技术

IGBT（绝缘栅双极晶体管）同时具有单极性器件和双极性器件的优点，驱动电路简单，控制电路功耗和成本低，饱和电压低，器件自身损耗小，是未来高压大电流的发展方向。

IGBT为三端器件，包括正面发射极，栅极及背面集电极。IGBT芯片有源区剖面图详见图1，包括正面的发射极6，栅极1和背面的集电极7。表面为MOSFET结构，背面为寄生PNP管结构。其中：1多晶，2氧化层，3P-基区，4N+发射区，5P+集电区，6发射极金属，7集电极金属。

IGBT设计需综合考虑导通损耗，关断损耗和安全工作区，IGBT设计折衷三角见图2。

IGBT芯片由功能划分为：有源区、终端区和栅极区三部分，其俯视图见图3。有源区又称元胞区，为芯片的功能区域，主要影响芯片的电流相关参数，如饱和电压V_CE(sat)，阈值电压V_GE(th)，在芯片总面积中比例尽量增大。终端区位于芯片的边缘区域，主要影响芯片的击穿电压V_(BR)CES，在芯片总面积中比例尽量缩小。栅极区为芯片的栅极控制区域，影响器件的开关特性，在芯片总面积中比例尽量缩小。栅极区一般加入栅极镇流电阻结构，抑制有源区各部分阈值电压和开关速度的不均匀，防止电流局部集中。

提高IGBT的功率密度是IGBT发展方向之一，可通过增大有源区的面积，增加有源区的电流密度等措施实现。现有的IGBT技术存在饱和电压大，导通损耗大的缺点。另现有IGBT芯片终端区的尺寸大，压缩了有源区的面积（即有效芯片的面积），压缩终端区尺寸也是IGBT发展方向之一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于N型注入层的IGBT芯片，另一目的是提供一种基于N型注入层的IGBT芯片的制造方法，本发明中在IGBT设计时引入N型注入层，优化了终端区的设计，降低了终端区的尺寸。同时降低了有源区的饱和电压，提高了芯片的电流能力。本发明在不影响IGBT芯片其他性能的前提下，通过引入N型注入层，优化IGBT芯片各功能区域的比例，提高了IGBT芯片的电流能力。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于N型注入层的IGBT芯片，所述IGBT芯片包括有源区、终端区和栅极区，其改进之处在于，在所述有源区和所述终端区均设有N型注入层；所述N型注入层在有源区包括以下设置方式：所述N型注入层包围P-基区；所述N型注入层包围P-基区且延伸到栅氧化层的下方和所述N型注入层包围P-基区且未包围P-基区拐角处。

进一步地，所述有源区称为元胞区，集成IGBT芯片的电流参数；所述有源区包括N-衬底区；N-衬底区表面的栅极氧化层，沉积在栅极氧化层上的多晶硅栅极；栅极氧化层与N-衬底区之间的P-基区；位于P-基区与栅极氧化层之间的N+区；位于N-衬底区下方P+集电极；位于栅极氧化层上方的发射极金属以及P+集电极下方的集电极金属；

所述N型注入层设置于P-基区的外侧，包围P-基区，形成空穴阻挡层，用于在IGBT芯片导通状况下增加过剩载流子浓度，能够增强有源区的载流能力。

进一步地，所述终端区位于IGBT芯片的边缘区域，集成IGBT芯片的耐压参数，所述终端区包括终端基本单元；所述终端基本单元包括场板、场限环、结终端延伸保护模块、横向变掺杂模块和阻性场板，所述终端基本单元用于减少有源区边缘PN结的曲率，耗尽层横向延伸，增强水平方向的耐压能力；

在场限环上设有N型注入层，所述N型注入层的厚度等于场限环的厚度；所述N型注入层使终端区由非穿通型变为穿通型。

进一步地，所述N型注入层的厚度为4-8um，掺杂元素为N型掺杂元素，包括但不限于磷元素，掺杂浓度为E11-E13/cm3。

进一步地，所述栅极区集成IGBT芯片的开关特性，位于有源区一角，包括栅焊盘区和栅汇流条区；栅内阻串联在所述栅焊盘区和栅汇流条区之间。

本发明基于另一目的提供的一种基于N型注入层的IGBT芯片的制造方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

A、制造N型注入层；

B、制造IGBT芯片的有源区、终端区和栅极区。

进一步地，所述步骤A包括下述步骤：