專利名稱：一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的igbt芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域的功率器件及其制造方法，具體涉及一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片及其制造方法。
背景技術(shù)：
IGBT (絕緣柵型雙極晶體管)芯片同時(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(jiǎn)單，控制電路功耗和成本低，通態(tài)壓降低，器件自身損耗小，是未來高壓大電流的發(fā)展方向。終端區(qū)環(huán)繞在元胞周圍，提高元胞區(qū)表面區(qū)域的臨界擊穿電場(chǎng)。在元胞的制造工藝過程中，擴(kuò)散是在光刻掩膜開窗口后進(jìn)行，P-N結(jié)中間近似于平面結(jié)，而在邊角處P-N結(jié)發(fā)生彎曲，近似于柱面或球面，由于P-N結(jié)邊角的位置存在曲率，使表面處的電場(chǎng)比體內(nèi)高，當(dāng)臨界擊穿電場(chǎng)一定時(shí)，是最容易發(fā)生擊穿的位置；而且，平面工藝使表面產(chǎn)生的缺陷和離子沾污降低了表面區(qū)域的臨界擊穿電場(chǎng)。亟需設(shè)計(jì)一定的終端結(jié)構(gòu)對(duì)表面電場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到提高表面擊穿電壓的目的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片及其制造方法，本發(fā)明在能夠保證器件耐壓性能(包括600V至6500V的IGBT器件)的同時(shí)，還縮小終端保護(hù)區(qū)域的面積，降低成本。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，所述IGBT芯片包括終端保護(hù)結(jié)構(gòu)，其改進(jìn)之處在于，所述終端保護(hù)結(jié)構(gòu)包括P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)；將所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)與多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)通過接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)和金屬電極互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行等電位連接；所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)用于降低IGBT芯片電場(chǎng)，所述多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)中的氧化層用于IGBT芯片的耐壓。其中，所述IGBT芯片包括均勻摻雜的N型單晶硅片襯底、場(chǎng)氧化膜、柵氧化膜、多晶硅結(jié)構(gòu)、有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)、有源區(qū)N區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)、有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)、接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)、金屬電極互連結(jié)構(gòu)、鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)、P型摻雜區(qū)域背面結(jié)構(gòu)和背面金屬結(jié)構(gòu)；所述有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)分別與P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)和有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)連接；所述有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)與金屬電極互連結(jié)構(gòu)連接形成IGBT的發(fā)射極；所述金屬電極互連結(jié)構(gòu)分別與多晶硅結(jié)構(gòu)、有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)的P型場(chǎng)限環(huán)和有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)的P型場(chǎng)限環(huán)連接形成多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其中一級(jí)為柵氧化膜；另一級(jí)為場(chǎng)氧化膜；還一級(jí)為場(chǎng)氧化膜和接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)隔離氧化膜結(jié)構(gòu)；所述終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)、多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)和鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)均在均勻摻雜的N型單晶硅片襯底上；所述P型摻雜區(qū)域背面結(jié)構(gòu)和背面金屬結(jié)構(gòu)均在均勻摻雜的N型單晶硅片襯底背面。
其中，所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)的連續(xù)個(gè)數(shù)為4個(gè)到16個(gè)，根據(jù)不同電壓等級(jí)進(jìn)行調(diào)整；所述多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的多級(jí)場(chǎng)板個(gè)數(shù)為3個(gè)。 其中，所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)為均勻摻雜的N型單晶硅片，在均勻摻雜的N型單晶硅片表面覆蓋有絕緣截止層。其中，所述絕緣截止層為1.0-1. 5um的場(chǎng)氧化膜。其中，所述多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)為均勻摻雜的N型單晶硅片，在均勻摻雜的N型單晶硅片
表面覆蓋有氧化層。其中，所述氧化層為O. 1-0. 2um的柵氧化膜。其中，所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)均包含在IGBT芯片的終端區(qū)。其中，所述接觸孔結(jié)構(gòu)包括隔離氧化膜的生長(zhǎng)，刻蝕，和金屬的淀積；所述金屬或?yàn)檎?。其中，包含所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片承受的電壓范圍為600V-6500V。本發(fā)明基于另一目的提供的一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片的制造方法，其改進(jìn)之處在于，所述制造方法包括下述步驟(一)制作IGBT芯片P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)；(二)制作IGBT芯片場(chǎng)氧化膜結(jié)構(gòu)；(三)制作IGBT芯片柵極結(jié)構(gòu)和占IGBT芯片面積20%的多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)；(四)制作IGBT芯片有源區(qū)結(jié)構(gòu)和P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)的延伸結(jié)構(gòu)；(五)制作IGBT芯片電極互連結(jié)構(gòu)；(六)制作IGBT芯片鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)；(七)制作IGBT芯片背面結(jié)構(gòu)。其中，所述步驟(一)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化(950-1200攝氏度)，在均勻摻雜的N型單晶硅片表面生長(zhǎng)出注入掩膜，通過光刻版進(jìn)行P型硼離子注入，再進(jìn)行退火工藝，形成P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)，根據(jù)光刻窗口的不同，在退火后連續(xù)放入P型場(chǎng)限環(huán)。其中，所述步驟(二)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化(950-1175攝氏度)，在均勻摻雜的N型單晶硅片表面生長(zhǎng)出1. 0-1. 5um的場(chǎng)氧化膜，并進(jìn)行光刻和刻蝕，形成場(chǎng)氧化膜結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火使其增加深度達(dá)到需求目標(biāo)倌，即為6-9um。其中，所述步驟(三)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化(950-1150攝氏度)，均勻摻雜的N型單晶硅片表面生長(zhǎng)出O. 1-0. 2um的柵氧化膜，采用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)多晶硅，并對(duì)多晶硅進(jìn)行光刻和刻蝕，形成IGBT有源區(qū)柵極結(jié)構(gòu)和占IGBT芯片面積20%的多級(jí)場(chǎng)板的結(jié)構(gòu)。其中，所述步驟(四)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行P阱光刻、P阱的硼離子注入和退火工藝形成有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)；進(jìn)行N區(qū)光刻，N區(qū)的砷離子注入形成有源區(qū)N區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)；進(jìn)行P+區(qū)光刻，P+區(qū)的硼離子注入形成有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)；在形成有源區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)的同時(shí)，同時(shí)形成P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)絕緣截止位置的P型場(chǎng)限環(huán)的延伸結(jié)構(gòu)。
其中，所述步驟(五)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底采用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)硼磷摻雜玻璃膜質(zhì)，對(duì)已形成的有源區(qū)和終端區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離，對(duì)接觸孔進(jìn)行光刻和刻蝕形成接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)；使用物理淀積方式生長(zhǎng)鋁合金，進(jìn)行金屬的光刻和刻蝕，形成金屬電極互連結(jié)構(gòu)，完成IGBT芯片發(fā)射區(qū)的電極連接、IGBT芯片柵極的電極連接和終端區(qū)P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)與多級(jí)場(chǎng)板的等電位連接。其中，所述步驟(六)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底采用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)氮氧化硅膜質(zhì)，采用旋轉(zhuǎn)涂布生長(zhǎng)聚酰亞胺膜質(zhì)，經(jīng)過烘烤、光刻、刻蝕工藝后形成鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)。其中，所述步驟(七)中，對(duì)N型單晶硅片襯底方法進(jìn)行背面減薄，再進(jìn)行背面硼離子注入及退火工藝，形成背面P型摻雜區(qū)背面結(jié)構(gòu)；對(duì)背面金屬進(jìn)行蒸發(fā)形成背面金屬結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是1、本發(fā)明提供一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，縮小終端保護(hù)區(qū)域的面積，降低芯片成本。2、本發(fā)明提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片及其制造方法，在均勻摻雜的N型單晶硅片正面通過氧化、不同的光刻窗口、P場(chǎng)限環(huán)離子注入和退火工藝，實(shí)現(xiàn)終端區(qū)的P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)新型結(jié)構(gòu)的同時(shí)摻雜，制造工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，降低成本。3、本發(fā)明提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片及其制造方法，在端區(qū)的P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)的截止位置通過熱氧化場(chǎng)氧、熱氧化柵氧、淀積多晶硅、P阱離子注入和退火工藝，實(shí)現(xiàn)終端區(qū)的P 型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)新截止位置的延伸，利于后續(xù)連接多級(jí)場(chǎng)板的連接結(jié)構(gòu)與工藝。4、本發(fā)明提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片及其制造方法，通過熱氧化場(chǎng)氧、熱氧化柵氧、淀積多晶硅、淀積隔離氧化膜，光刻、刻蝕，在實(shí)現(xiàn)有源區(qū)元胞結(jié)構(gòu)的同時(shí)，形成終端區(qū)的多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，并與最后一個(gè)P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)通過金屬相互連接，可以讓P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)相互連接，共同耐受高電壓。5、本發(fā)明提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片及其制造方法，P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)起到降低電場(chǎng)作用，多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)中的氧化層起到最終耐壓作用，兩種結(jié)構(gòu)相互結(jié)合形成新的終端結(jié)構(gòu)，共同承受高電壓，制造工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，還可突破國(guó)外技術(shù)的封鎖。6、本發(fā)明提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片及其制造方法，在端區(qū)的P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)的個(gè)數(shù)、濃度、退火后的深度、相互間的距離可針對(duì)600V至6500V的IGBT器件的不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)其不同的耐壓需求。


圖1是本發(fā)明提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)IGBT芯片結(jié)構(gòu)示意圖；其中01_均勻摻雜的N型單晶硅片襯底；02-P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)；03_場(chǎng)氧化膜；04-柵氧化膜；05_多晶硅；06_有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)；07_有源區(qū)N區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)；08_有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)；09_接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)；10_金屬電極互連結(jié)構(gòu)；11_鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)；12-P型摻雜區(qū)背面結(jié)構(gòu)；13_背面金屬結(jié)構(gòu)；圖2是本發(fā)明提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)IGBT芯片制造方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)IGBT芯片結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，IGBT芯片包括均勻摻雜的N型單晶硅片襯底01、P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)02、場(chǎng)氧化膜構(gòu)03、柵氧化膜04、多晶硅結(jié)構(gòu)05、有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)06、有源區(qū)N區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)07、有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)08、接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)09、金屬電極互連結(jié)構(gòu)10、鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)11、P型摻雜區(qū)域背面結(jié)構(gòu)12和背面金屬結(jié)構(gòu)13 ；02、06、08均為P型摻雜結(jié)構(gòu)，02為P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)、06為有源區(qū)的P阱結(jié)構(gòu)、08為有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)，圖1左側(cè)為IGBT芯片的有源區(qū)，02、06、08相互連接，并與金屬電極互連結(jié)構(gòu)10的金屬結(jié)構(gòu)相連接，10的金屬與正面有源區(qū)連接形成發(fā)射極，中間部分02連續(xù)P型場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)起到降低有源區(qū)電場(chǎng)作用，圖1右側(cè)06、08形成最后的P型場(chǎng)限環(huán)，10的金屬與多晶娃結(jié)構(gòu)05的多晶相連,并與06、08的P型場(chǎng)限環(huán)相連，因?yàn)?0的金屬與5的多晶在半導(dǎo)體器件中均視為導(dǎo)體，所以就形成了 3級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)第一級(jí)為多晶下面的柵氧化膜04，第二級(jí)為多晶下面的場(chǎng)氧化膜03、第三級(jí)為金屬下面的03場(chǎng)氧化膜-接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)09隔離氧化膜結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可以耐受高電壓。實(shí)施例本發(fā)明提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)IGBT芯片制造方法包括以下工藝流程，如圖2所示(一)制作IGBT芯片P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)02:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底01進(jìn)行高溫(950-1200攝氏度) 氧化的方法，在硅片表面生長(zhǎng)出注入掩膜，通過光刻版進(jìn)行P型硼離子注入，再進(jìn)行退火工藝，形成P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)02，因?yàn)楣饪檀翱诘牟煌谕嘶鸷蟾鱾€(gè)連續(xù)放入P型場(chǎng)限環(huán)，如圖2所示。(二)制作IGBT芯片場(chǎng)氧化膜03 :對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底01進(jìn)行高溫(950-1175攝氏度)氧化的方法，在硅片表面生長(zhǎng)出1. 0-1. 5um的場(chǎng)氧化膜03，并進(jìn)行光刻和刻蝕，形成場(chǎng)氧化膜03結(jié)構(gòu)，此過程將繼續(xù)對(duì)P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)02進(jìn)行退火使其增加深度達(dá)到需求目標(biāo)值，即為6-9um。(三)制作IGBT芯片柵極氧化膜04、柵極多晶硅05:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底01進(jìn)行高溫(950-1150攝氏度)氧化的方法，在硅片表面生長(zhǎng)出O. 1-0. 2um的柵氧化膜04，使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)柵極多晶硅05，并進(jìn)行光刻和刻蝕，形成IGBT有源區(qū)柵極結(jié)構(gòu)和多級(jí)場(chǎng)板的部分結(jié)構(gòu)。(四)制作IGBT芯片有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)06、有源區(qū)N區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)07、有源區(qū)P+區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)08 :對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行P阱光刻、P阱的硼離子注入和退火工藝形成有源區(qū)P阱區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)06 ;進(jìn)行N區(qū)光刻，N區(qū)的砷離子注入形成有源區(qū)N區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)07 ;進(jìn)行P+區(qū)光刻，P+區(qū)的硼離子注入形成有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)08 ;在形成有源區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)的同時(shí)，形成P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)截止位置的P型場(chǎng)限環(huán)的延伸，為連接多級(jí)場(chǎng)板做準(zhǔn)備。(五)制作IGBT芯片接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)09、金屬電極互連結(jié)構(gòu)10:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)硼磷摻雜玻璃膜質(zhì)，進(jìn)行器件隔離，進(jìn)行接觸孔的光刻和刻蝕形成接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)，使用物理淀積方式生長(zhǎng)鋁合金，進(jìn)行金屬的光刻和刻蝕，形成金屬電極互連結(jié)構(gòu)10，完成了 IGBT芯片發(fā)射區(qū)的電極連接、IGBT芯片柵極的電極連接和終端區(qū)域P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)與多級(jí)場(chǎng)板的電位連接。(六)制作IGBT芯片鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)11:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)氮氧化硅膜質(zhì)，使用旋轉(zhuǎn)涂布生長(zhǎng)聚酰亞胺膜質(zhì)，經(jīng)過烘烤、光刻、刻蝕工藝后形成鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)11。(七)制作IGBT芯片背面P型摻雜區(qū)域結(jié)構(gòu)12、背面金屬結(jié)構(gòu)13:對(duì)N型單晶硅片襯底01進(jìn)行減薄，再進(jìn)行背面硼離子注入及退火工藝，形成背面P型摻雜區(qū)域結(jié)構(gòu)12，進(jìn)行背面金屬蒸發(fā)形成背面金屬結(jié)構(gòu)13?；瘜W(xué)淀積方式即化學(xué)氣相淀積，簡(jiǎn)稱CVD工藝，即幾種氣體，在一定的環(huán)境條件下，通過化學(xué)反應(yīng)，在半導(dǎo)體基片表面淀積一層固體薄膜的工藝。
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物理淀積方式即物理氣相淀積，簡(jiǎn)稱PVD工藝，即由材料源，在一定的環(huán)境條件下，通過物理反應(yīng)，在半導(dǎo)體基片表面淀積一層固體薄膜的工藝。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，所述IGBT芯片包括終端保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述終端保護(hù)結(jié)構(gòu)包括P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)；將所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)與多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)通過接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)和金屬電極互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行等電位連接；所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)用于降低IGBT芯片電場(chǎng)，所述多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)中的氧化層用于IGBT芯片的耐壓。
2.如權(quán)利要求1所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，其特征在于，所述IGBT芯片包括均勻摻雜的N型單晶硅片襯底、場(chǎng)氧化膜、柵氧化膜、多晶硅結(jié)構(gòu)、有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)、有源區(qū)N區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)、有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)、接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)、金屬電極互連結(jié)構(gòu)、鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)、P型摻雜區(qū)域背面結(jié)構(gòu)和背面金屬結(jié)構(gòu)；所述有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)分別與P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)和有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)連接；所述有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)與金屬電極互連結(jié)構(gòu)連接形成IGBT的發(fā)射極；所述金屬電極互連結(jié)構(gòu)分別與多晶硅結(jié)構(gòu)、有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)的P型場(chǎng)限環(huán)和有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)的P型場(chǎng)限環(huán)連接形成多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其中一級(jí)為柵氧化膜；另一級(jí)為場(chǎng)氧化膜；還一級(jí)為場(chǎng)氧化膜和接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)隔離氧化膜結(jié)構(gòu)；所述終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)、多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)和鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)均在均勻摻雜的N型單晶硅片襯底上；所述P型摻雜區(qū)域背面結(jié)構(gòu)和背面金屬結(jié)構(gòu)均在均勻摻雜的N型單晶硅片襯底背面。
3.如權(quán)利要求1所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，其特征在于，所述P型連續(xù)場(chǎng) 限環(huán)結(jié)構(gòu)的連續(xù)個(gè)數(shù)為4個(gè)到16個(gè)，根據(jù)不同電壓等級(jí)進(jìn)行調(diào)整；所述多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的多級(jí)場(chǎng)板個(gè)數(shù)為3個(gè)。
4.如權(quán)利要求1所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，其特征在于，所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)為均勻摻雜的N型單晶硅片，在均勻摻雜的N型單晶硅片表面覆蓋有絕緣截止層。
5.如權(quán)利要求4所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，其特征在于，所述絕緣截止層為1. 0-1. 5um的場(chǎng)氧化膜。
6.如權(quán)利要求1所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，其特征在于，所述多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)為均勻摻雜的N型單晶硅片，在均勻摻雜的N型單晶硅片表面覆蓋有氧化層。
7.如權(quán)利要求6所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，其特征在于，所述氧化層為O. 1-0. 2um的柵氧化膜。
8.如權(quán)利要求1所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，其特征在于，所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)均包含在IGBT芯片的終端區(qū)。
9.如權(quán)利要求1所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，其特征在于，所述接觸孔結(jié)構(gòu)包括隔離氧化膜的生長(zhǎng)，刻蝕，和金屬的淀積；所述金屬或?yàn)殇X。
10.如權(quán)利要求1所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，其特征在于，包含所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片承受的電壓范圍為600V-6500V。
11.一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括下述步驟(一)制作IGBT芯片P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)；(二)制作IGBT芯片場(chǎng)氧化膜結(jié)構(gòu)；(三)制作IGBT芯片柵極結(jié)構(gòu)和占IGBT芯片面積20%的多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)；(四)制作IGBT芯片有源區(qū)結(jié)構(gòu)和P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)的延伸結(jié)構(gòu)；(五)制作IGBT芯片電極互連結(jié)構(gòu)；(六)制作IGBT芯片鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)；(七)制作IGBT芯片背面結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步驟(一)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化，在均勻摻雜的N型單晶硅片表面生長(zhǎng)出注入掩膜，通過光刻版進(jìn)行P型硼離子注入，再進(jìn)行退火工藝，形成P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)，根據(jù)光刻窗口的不同，在退火后連續(xù)放入P型場(chǎng)限環(huán)。
13.如權(quán)利要求11所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步驟(二)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化，在均勻摻雜的N型單晶硅片表面生長(zhǎng)出1. 0-1. 5um的場(chǎng)氧化膜，并進(jìn)行光刻和刻蝕，形成場(chǎng)氧化膜結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火使其增加深度達(dá)到需求目標(biāo)值，即為6-9um。
14.如權(quán)利要求11所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步驟(三)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化，均勻摻雜的N型單晶硅片表面生長(zhǎng)出O. 1-0. 2um的柵氧化膜，采用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)多晶硅，并對(duì)多晶硅進(jìn)行光刻和刻蝕，形成IGBT有源區(qū)柵極結(jié)構(gòu)和占IGBT芯片面積20%的多級(jí)場(chǎng)板的結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求11所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步驟(四)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行P阱光刻、P阱的硼離子注入和退火工藝形成有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)；進(jìn)行N區(qū)光刻，N區(qū)的砷離子注入形成有源區(qū)N區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)；進(jìn)行P+區(qū)光刻，P+區(qū)的硼離子注入形成有源區(qū)P型增強(qiáng)注入結(jié)構(gòu)；在形成有源區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)的同時(shí)，同時(shí)形成P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)絕緣截止位置的P型場(chǎng)限環(huán)的延伸結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求11所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步驟(五)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底采用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)硼磷摻雜玻璃膜質(zhì)，對(duì)已形成的有源區(qū)和終端區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離，對(duì)接觸孔進(jìn)行光刻和刻蝕形成接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)；使用物理淀積方式生長(zhǎng)鋁合金，進(jìn)行金屬的光刻和刻蝕，形成金屬電極互連結(jié)構(gòu)，完成IGBT芯片發(fā)射區(qū)的電極連接、IGBT芯片柵極的電極連接和終端區(qū)P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)與多級(jí)場(chǎng)板的等電位連接。
17.如權(quán)利要求11所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步驟(六)中，對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底采用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)氮氧化硅膜質(zhì)，采用旋轉(zhuǎn)涂布生長(zhǎng)聚酰亞胺膜質(zhì)，經(jīng)過烘烤、光刻、刻蝕工藝后形成鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求11所述的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步驟(七)中，對(duì)N型單晶硅片襯底方法進(jìn)行背面減薄，再進(jìn)行背面硼離子注入及退火工藝，形成背面P型摻雜區(qū)背面結(jié)構(gòu)；對(duì)背面金屬進(jìn)行蒸發(fā)形成背面金屬結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域的功率器件及其制造方法，具體涉及一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片及其制造方法，終端保護(hù)結(jié)構(gòu)包括P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)；將所述P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)與多級(jí)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)通過接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)和金屬電極互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行等電位連接。制造方法包括下述步驟(一)制作IGBT芯片P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)；(二)制作IGBT芯片場(chǎng)氧化膜結(jié)構(gòu)；(三)制作IGBT芯片柵極結(jié)構(gòu)和多級(jí)場(chǎng)板部分結(jié)構(gòu)；(四)制作IGBT芯片有源區(qū)結(jié)構(gòu)和P型連續(xù)場(chǎng)限環(huán)的延伸結(jié)構(gòu)；(五)制作IGBT芯片電極互連結(jié)構(gòu)；(六)制作IGBT芯片鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)；(七)制作IGBT芯片背面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在能夠保證600V至6500V的IGBT器件耐壓性能的同時(shí)，還縮小終端保護(hù)區(qū)域的面積，降低成本。
文檔編號(hào)H01L29/40GK103035694SQ201210513798
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者趙哿, 高明超, 劉江, 金銳 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司