[发明专利]IGBT芯片制造方法及IGBT芯片

说明书

本发明提供了一种IGBT芯片制造方法及IGBT芯片，其中，IGBT芯片制造方法包括：在N型掺杂硅片衬底的表面淀积多晶硅层；在所述多晶硅层的图形中通过多次离子注入和高温推结的方式形成P阱层。本发明通过多次离子注入和高温推结的方式形成P阱层，这样在N区下方的P阱拥有更高的浓度，更加有利于改善抗闩锁能力，从而解决了现有技术中IGBT芯片在过电流关断过程中，容易发生动态闩锁现象的问题，提高了IGBT在过电流关断过程中的抗闩锁能力，同时背面采用局部掺杂或者氧化层隔离的方式，降低有源区边缘的电流集中，提高IGBT的过流关断能力。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件技术领域，具体涉及一种IGBT芯片制造方法及IGBT芯片。

背景技术

由于绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称为IGBT)低开关损耗、简单的门极控制、优良的开关可控性等优点，在工业变频、大功率机车牵引和电网中广泛应用。自上世纪80年代发明以来，IGBT的纵向结构经历了从穿通型、非穿通型到软穿通型的发展，单位面积芯片可处理的功率密度越来越大。尤其是采用透明集电极技术的IGBT芯片，由于不需要再采用载流子寿命控制技术，其通态压降具有正温度系数，容易实现多芯片并联使用，目前通过多芯片并联的IGBT模块的最大通流能力已经达到3000A以上，在高电压领域作为开关器件的优势地位越来越明显。

现有技术中，在IGBT芯片过电流关断过程中，电子电流逐渐减小，空穴电流占比较通态时高出很多。在空穴电流流经n+区下方区的电阻Rs时产生的电压降V_bi提高，容易导致寄生PNP管的开启发生闩锁，导致栅极控制失效，芯片烧毁。另一方面，在高压直流断路器工况中，IGBT芯片在关断前需要承受2～3毫秒，峰值电流高达4～5倍额定电流的电流冲击，而常规的IGBT器件要求过电流关断能力为额定电流的2～3倍左右，在此过程中，芯片结温有大幅提升，更容易发生动态闩锁。此外，在IGBT芯片的整体结构中，围绕有源区的结终端位置，在导通时有大量的空穴注入，在关断过程中，该部分的空穴都集中通过有源区边缘的元胞，导致电流密度集中和动态闩锁的发生。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种IGBT芯片制造方法及IGBT芯片，以解决现有技术中IGBT芯片在过电流关断过程中，容易发生动态闩锁现象的问题。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明第一方面，提供了一种绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片制造方法，包括：在N型掺杂硅片衬底的表面淀积多晶硅层；在所述多晶硅层的图形中通过多次离子注入和高温推结的方式形成P阱层。

可选地，在所述多晶硅层的图形中通过多次离子注入和高温推结的方式形成P阱层包括：以能量选择为40～60keV，剂量选择为4E13～8E13/cm²的方式注入元素硼，后续高温推结温度为1050～1150℃，处理时间为120～300min；以能量选择为150～200keV，剂量选择为3E14～3E15/cm²的方式注入元素硼，后续高温推结温度为900～1050℃，处理时间为30～60min，形成所述P阱层。

可选地，在N型掺杂硅片衬底的表面淀积多晶硅层包括：通过热氧化的方式在所述N型掺杂硅片衬底的表面生长二氧化硅层；采用化学气相淀积的方式在所述二氧化硅层上淀积所述多晶硅层。

可选地，所述二氧化硅层的厚度为80nm～120nm；所述多晶硅层的厚度为600nm～800nm。

可选地，在所述多晶硅层的图形中通过多次离子注入和高温推结的方式形成P阱层之前，还包括：使用POCl₃掺杂或离子注入的方式对所述多晶硅层进行掺杂；采用涂胶、曝光、刻蚀、剥胶的标准流程，形成所需的多晶硅图形,裸露P阱注入的窗口。