本实用新型专利技术提供一种高频非穿通型绝缘栅双极型晶体管，包括N-型衬底，在N-型衬底上形成有多个网状分布的元胞；在N-型衬底的正面形成有各元胞的P型阱区和围绕晶体管有源区的P型场限环；在N-型衬底的正面最外围形成有N+电场截止环；在各元胞的P型阱区内形成有N+型发射区，在一侧的P型阱区和N+型发射区上方的表面形成有栅氧化层，栅氧化层上形成有元胞多晶硅层，元胞多晶硅层上形成有栅极金属；在另一侧的P型阱区和N+型发射区上方表面形成有发射区金属；各元胞的元胞多晶硅层、栅极金属、发射区金属均分别一一对应互连。在N-型衬底背面形成有P型集电区。该晶体管耐压高，开关速度快。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供一种高频非穿通型绝缘栅双极型晶体管，包括N-型衬底，在N-型衬底上形成有多个网状分布的元胞；在N-型衬底的正面形成有各元胞的P型阱区和围绕晶体管有源区的P型场限环；在N-型衬底的正面最外围形成有N+电场截止环；在各元胞的P型阱区内形成有N+型发射区，在一侧的P型阱区和N+型发射区上方的表面形成有栅氧化层，栅氧化层上形成有元胞多晶硅层，元胞多晶硅层上形成有栅极金属；在另一侧的P型阱区和N+型发射区上方表面形成有发射区金属；各元胞的元胞多晶硅层、栅极金属、发射区金属均分别一一对应互连。在N-型衬底背面形成有P型集电区。该晶体管耐压高，开关速度快。【专利说明】高频非穿通型绝缘栅双极型晶体管
本技术涉及绝缘栅双极型晶体管，简称IGBT，IGBT是由BJT (双极型三极管)和MOS (绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR (Giant Transistor,电力晶体管,属于BJT)的低导通压降两方面的优点。
技术介绍
GTR (Giant Transistor,电力晶体管)饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。自20世纪80年代起，经过20几年的发展，以英飞凌、仙童为代表的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)其工艺和参数不断改进和提高，目前已达到了第六代:沟槽型电场截止型(FS+Trench)，典型参数日趋完善，具体表现为击穿电压高、通态压降低、关断时间短、损耗小、安全工作区(SOA)范围大，并且在向IGBT模块、IPM的方向发展，成为最受欢迎的电力半导体器件。在许多大功率变换系统中，它已经取代了大功率双极晶体管(GTR)、功率MOS场效应管(M0SFET)，甚至出现替代门关断晶闸管(GTO)的现实趋势。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在国内起步较晚，真正实现设计、工艺全部国产化也就是近5年的事情，而且目前主要技术以第三代非穿通型绝缘栅双极型晶体管(NPT-1GBT)为代表，应用范围主要集中于消费电子类，如电磁炉等；由于工艺设计的限制目前应用于工业化的产品几乎没有，主要依赖于进口。 长期以来，我国的此类高端半导体产品市场一直是被欧美、日本等发达国家占领，使用厂家只能进口原装管，价格昂贵，进货渠道很不稳定。因此，功率半导体器件的使用者非常期待国内的功率半导体厂家能尽快研发出高端功率器件来。根据国内多家IGBT逆变焊机生产厂家的需求，将IGBT应用于高频逆变焊机，高频直流电源中时，由于开关电源日益向绿色节能、损耗小、效率高的方向发展，开关电源中的关键部件IGBT也必须具有高电压、高频率、低损耗的特性。对于IGBT应用来说开关损耗是最大的损耗，尤其是关断损耗。既要降低功耗，又要保证饱和压降小，这就是IGBT最大的难点。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本技术提供一种高电压高频快速开关的非穿通型绝缘栅双极型晶体管，其结构简单，耐压高，开关速度快，使用成本低，安全可靠，实现了既保证饱和压降小，同时能够明显降低开关损耗的目的。本技术采用的技术方案是: 一种高频非穿通型绝缘栅双极型晶体管，包括多个网状分布的元胞。IGBT晶体管包括N-型衬底，在N-型衬底上形成有多个元胞； 在N-型衬底的正面形成有各元胞的P型阱区和围绕晶体管有源区的一个或多个P型场限环； 在N-型衬底的正面最外围形成有N+电场截止环；N+电场截止环上方的N-型衬底的表面设有保护区多晶硅层； 在P型场限环和保护区多晶硅层上方均设有金属层； 在各元胞的P型阱区内形成有N+型发射区，在一侧的P型阱区和N+型发射区上方的表面形成有栅氧化层，栅氧化层上形成有元胞多晶硅层，元胞多晶硅层上形成有栅极金属；在另一侧的P型阱区和N+型发射区上方的表面形成有发射区金属；各元胞的元胞多晶硅层、栅极金属、发射区金属均分别一一对应互连；在N-型衬底背面形成有P型集电区；在N-型衬底背面的P型集电区底表层形成有背面金属层。 进一步地，N-型衬底的厚度为170um，P型集电区与N-型衬底之间结深0.1-0.2um。背面金属层为三层结构，与N-型衬底相接的是钛层，中间为镍层，底层为银层。背面金属层的钛层、镍层、银层厚度为1500A/5000A/5000A。栅极金属为铝。发射区金属为招。 本技术的优点在于:1)采用网状元胞结构，并联的多晶网络可以明显减小集总多晶电阻，能够有效减小开启时间，降低开启损耗，适合高频器件的使用。2)合理优化的漂移区厚度设置，可以进一步降低背面PNP三极管发射极注入效率，在保证饱和压降的基础上有效改善关断时间和关断损耗。3)高可靠性的终端设计一采用场限环的设计方案，可以保证应用可靠性。4)独特的背面超浅结设计一结深仅0.1-0.2um的背面发射结。 【专利附图】【附图说明】 图1为本技术的晶体管的正面示意图。 图2为本技术的晶体管的最外围单个元胞至保护区侧剖示意图。 图3a和图3b为本技术的芯片等效图。 【具体实施方式】 下面结合具体附图和实施例对本技术作进一步说明。 本技术所提出的高频非穿通型绝缘栅双极型晶体管，包括多个网状分布的元胞，晶体管的正面如图1所示，在图1中的A-A部位的侧剖结构如图2所示。 IGBT晶体管包括N-型衬底6，在N-型衬底6上形成多个元胞，其中，选择〈100〉晶向硅材料作为衬底，N-型衬底6亦是BJT三极管的基区。 在N-型衬底6的正面形成有各元胞的P型阱区10和围绕晶体管有源区的一个或多个P型场限环8 ;晶体管的各元胞是并联的，构成器件有源区，图2中画了两个P型场限环8，围绕晶体管有源区设置。图2可看作网状结构的最右侧的元胞。P型场限环8可以保证应用可靠性，当IGBT器件耐压工作时，所述P型场限环8沿着由器件有源区指向器件终端保护区的方向依次耗尽，并且形成的耗尽区依次相连通，所需耐压越高，P型场限环的数量则需越多。 器件终端保护区是IGBT晶体管正面最外围的一圈，包括图2中所示的形成于N-型衬底6的正面最外围的N+电场截止环5 ；N+电场截止环5为单独的，不与其他部分相连，起保护作用。在N+电场截止环5上方的N-型衬底6的表面设有保护区多晶硅层12。保护区多晶硅层12围绕器件有源区设置。 在P型场限环8和保护区多晶硅层12上方均设有金属层，该金属层可选铝层，起平衡电位作用。图2中P型场限环8和保护区多晶硅层12上方粗黑横线条即铝层。 在各元胞的P型阱区10内形成有N+型发射区7，在一侧的P型阱区10和N+型发射区7上方的表面形成有栅氧化层4，栅氧化层4上形成有元胞多晶硅层3，元胞多晶硅层3上形成有栅极金属2，其中栅极金属2为铝；在另一侧的P型阱区10和N+型发射区7上方的表面形成有发射区金属1，发射区金属I为铝；栅极金属2用于引出IGBT晶体管的栅极G，发射区金属I用于引出IGBT晶体管的发射极E。各元胞的元胞本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高频非穿通型绝缘栅双极型晶体管，包括多个网状分布的元胞，其特征在于：IGBT晶体管包括N‑型衬底(6)，在N‑型衬底(6)上形成有多个元胞；在N‑型衬底(6)的正面形成有各元胞的P型阱区(10)和围绕晶体管有源区的一个或多个P型场限环(8)；在N‑型衬底(6)的正面最外围形成有N+电场截止环(5)；N+电场截止环(5)上方的N‑型衬底(6)的表面设有保护区多晶硅层(12)；在P型场限环(8)和保护区多晶硅层(12)上方均设有金属层；在各元胞的P型阱区(10)内形成有N+型发射区(7)，在一侧的P型阱区(10)和N+型发射区(7)上方的表面形成有栅氧化层(4)，栅氧化层(4)上形成有元胞多晶硅层(3)，元胞多晶硅层(3)上形成有栅极金属(2)；在另一侧的P型阱区(10)和N+型发射区(7)上方的表面形成有发射区金属(1)；各元胞的元胞多晶硅层(3)、栅极金属(2)、发射区金属(1)均分别一一对应互连；在N‑型衬底(6)背面形成有P型集电区(9)；在N‑型衬底(6)背面的P型集电区(9)底表层形成有背面金属层(11)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：龚利汀，陈丽兰，龚利贞，
申请(专利权)人：无锡固电半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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