一種具有低反向傳輸電容抗閂鎖結(jié)構(gòu)的平面柵igbt的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種功率半導(dǎo)體器件，具體講涉及一種具有低反向傳輸電容抗閂鎖結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件是實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、轉(zhuǎn)換及其過程控制的核心部件，它使得電能更高效、更節(jié)能、更環(huán)保地使用，將“粗電”變?yōu)椤熬姟?，因此它是?jié)能減排的基礎(chǔ)技術(shù)和核心技術(shù)。在新一代功率半導(dǎo)體器件中，由于絕緣柵雙極晶體管(IGBT)器件同時(shí)具有單極性器件和雙極性器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電路簡單，控制電路功耗和成本低，通態(tài)壓降低，器件自身損耗小，使得IGBT器件已成為大功率電力電子技術(shù)中的首選器件。
[0003]IGBT器件有源區(qū)是由許多表面MOSFET結(jié)構(gòu)的元胞單位構(gòu)成，其中N+區(qū)下方P阱注入濃度決定了電阻R的大小，濃度越大，電阻越小。正常情況下電流流向?qū)磮D1中實(shí)線箭頭所示，但如果R過大，當(dāng)有電流流過時(shí)，R上的電壓超過Jl結(jié)的開啟電壓，將導(dǎo)致Jl結(jié)導(dǎo)通，電流流向按圖1中虛線箭頭所示，IGBT發(fā)生閂鎖，從而導(dǎo)致器件失效。為了解決這個(gè)問題常規(guī)方法在P阱、N阱注入后再注一次形成P+區(qū)，其中P阱注入工藝采用一次注入，一次推結(jié)方式。一次注入一次推結(jié)方式形成的N+區(qū)下方P阱濃度依然不夠高，不能有效的降低空穴電流流經(jīng)路徑的電阻，當(dāng)在短路等大電流狀態(tài)下依然存在閂鎖(Latch-up)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]IGBT的開關(guān)快慢最終體現(xiàn)在對表面MOSFET結(jié)構(gòu)自帶的內(nèi)部電容的充放電速度上，其中JFET區(qū)上方氧化層厚度影響反向傳輸電容大小，電容越大，放電速度越慢，器件關(guān)斷損耗越大；同時(shí)在器件進(jìn)行短路測試時(shí)，由于測試電路存在寄生電感L，容易發(fā)生LC震蕩，常規(guī)方法是在柵極和發(fā)射極之間外加一個(gè)電容，這給測試帶來了不便。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種具有低反向傳輸電容抗閂鎖結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT，本實(shí)用新型在常規(guī)方法基礎(chǔ)上對P阱注入進(jìn)行改進(jìn)，在P阱總注入劑量和總推阱時(shí)間不變的情況下采用P阱多次注入，多次推結(jié)方式，此種方法較一次注入一次推結(jié)方式N+區(qū)下方P阱濃度更高，更有效的降低空穴電流流經(jīng)路徑的電阻，有效抑制IGBT器件大電流狀態(tài)下的閂鎖(Latch-up)現(xiàn)象，電阻的降低同時(shí)可以降低通態(tài)壓降；本實(shí)用新型在JFET區(qū)上方添加一層厚度1.0-1.5 ym的場氧化層，減小IGBT器件的反向傳輸電容，降低器件關(guān)斷時(shí)反向傳輸電容的放電時(shí)間，減小關(guān)斷損耗，通過減小IGBT器件的反向傳輸電容同樣可以達(dá)到避免短路測試時(shí)發(fā)生LC震蕩的目的。
[0006]本實(shí)用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本實(shí)用新型提供一種具有低反向傳輸電容抗閂鎖結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT，所述平面柵IGBT包括襯底、襯底表面上的場氧化層和柵氧化層、沉積在柵氧化層上的多晶硅柵極以及柵氧化層與襯底之間的P阱區(qū)，位于P阱區(qū)表面的N阱區(qū)，依次設(shè)置于P阱區(qū)內(nèi)P+型摻雜區(qū)和N+型摻雜區(qū)，結(jié)型場效應(yīng)JFET區(qū)位于兩個(gè)P阱之間；其改進(jìn)之處在于，所述P阱區(qū)通過多次注入及推結(jié)工藝形成，P阱區(qū)的注入總劑量在6E13-8E13之間，在所述結(jié)型場效應(yīng)JFET區(qū)上生長有場氧化層。
[0008]進(jìn)一步地，所述平面柵IGBT包括設(shè)置于多晶硅柵極上方的隔離氧化層、設(shè)置于隔離氧化層結(jié)構(gòu)上方的正面金屬電極、位于隔離氧化層和多晶硅柵之間的Spacer結(jié)構(gòu)以及從上到下依次設(shè)置于襯底N-層下方的P+集電區(qū)和背面金屬電極。
[0009]進(jìn)一步地，在所述襯底N-層生長有場氧化層，所述場氧化層的厚度為1.0-1.5 μ m，其刻蝕角度為30° O
[0010]進(jìn)一步地，所述平面柵IGBT的擊穿電壓為600V至6500V。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)比，本實(shí)用新型達(dá)到的有益效果是:
[0012]1、本實(shí)用新型在常規(guī)方法基礎(chǔ)上對P阱注入進(jìn)行改進(jìn)，在P阱總注入劑量和總推阱時(shí)間不變的情況下采用P阱多次注入，多次推結(jié)方式，此種方法較一次注入一次推結(jié)方式N+區(qū)下方P阱濃度更高，更有效的降低空穴電流流經(jīng)路徑的電阻，有效抑制IGBT器件大電流狀態(tài)下的閂鎖(Latch-up)現(xiàn)象，電阻的降低同時(shí)可以降低通態(tài)壓降。
[0013]2、通過在JFET區(qū)上方增加一層場氧化層，可以降低IGBT器件的反向傳輸電容，有利于降低電路LC震蕩風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可以降低器件關(guān)斷時(shí)反向傳輸電容的放電時(shí)間，減小關(guān)斷損耗。
[0014]3、所采用的制造加工工藝為IGBT芯片通用工藝，易實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型提供的具有低反向傳輸電容抗閂鎖結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT縱剖面示意圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型提供的采用3次注入推結(jié)的P阱方法和P阱常規(guī)方法注入后N+區(qū)下方P型濃度分布示意圖；
[0017]其中:01-N型單晶硅片襯底，02-場氧化層，03-柵氧化層，04-多晶硅柵電極，05-P阱區(qū)、06-N阱區(qū)，07-Spacer結(jié)構(gòu)，08-P+型摻雜區(qū)，09-N+型摻雜區(qū)，10-隔離氧化層，11-正面金屬電極E，12-P+集電區(qū)，13-背面金屬電極C，14-JFET區(qū)，Jl-PN結(jié)區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019]本實(shí)用新型提供一種具有低反向傳輸電容抗閂鎖結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT，所述平面柵IGBT包括襯底01、襯底表面上的場氧化層02和柵氧化層03、沉積在柵氧化層03上的多晶硅柵極04以及柵氧化層03與襯底01之間的P阱區(qū)05，位于P阱區(qū)05表面的N阱區(qū)06，從下到上依次設(shè)置于P阱區(qū)05內(nèi)P+型摻雜區(qū)08和N+型摻雜區(qū)09，JFET區(qū)位于兩個(gè)P阱區(qū)05之間；所述P阱區(qū)05通過多次注入及推結(jié)工藝形成，注入總劑量在6E13-8E13之間，在所述結(jié)型場效應(yīng)JFET區(qū)14上生長有場氧化層02 ；
[0020]所述襯底01為均勻摻雜的N型單晶硅片襯底，所述N型單晶硅片襯底濃度需根據(jù)不同的電壓等級進(jìn)行選擇。
[0021]平面柵IGBT包括設(shè)置于多晶硅柵極上方的隔離氧化層10結(jié)構(gòu)、設(shè)置于隔離氧化層10結(jié)構(gòu)上方的正面金屬電極11、位于隔離氧化層10結(jié)構(gòu)和多晶硅柵04之間的Spacer結(jié)構(gòu)07以及從上到下依次設(shè)置于襯底N-層下方的P+集電區(qū)12和背面金屬電極13。具有低反向傳輸電容抗閂鎖結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT縱剖面示意圖如圖1所示。
[0022]本實(shí)用新型還提供一種具有低反向傳輸電容抗閂鎖結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT的制造方法，包括下述步驟:
[0023](一)對N型單晶硅片襯底