一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法、电子设备技术

本申请公开了一种IGBT及其制造方法，在从第一表面向第二表面的方向上，IGBT具有依次连接的正面器件区、IGBT漂移区、IGBT缓冲区和IGBT集电极区，正面器件区可以包括元胞区、场板区和场限环区，IGBT漂移区中具有第一类型的掺杂元素，IGBT缓冲区中具有第一类型的掺杂元素，IGBT缓冲区中的第一类型的掺杂元素的浓度大于IGBT漂移区中的第一类型的掺杂元素的浓度，IGBT集电极区包括元胞集电极区、场板集电极区和场限环集电极区，IGBT集电极区中具有第二类型的掺杂元素，元胞集电极区的第二类型的掺杂元素的浓度大于场板集电极区的第二类型的掺杂元素的浓度，有效减少场板区寄生三极管的放大倍数，改善器件的耐压特性以及安全工作区特性，提高器件整体的工作性能。提高器件整体的工作性能。提高器件整体的工作性能。

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法、电子设备


[0001]本申请涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法、电子设备。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)，是由双极型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)和绝缘栅型场效应管(metal
‑
oxide
‑
semiconductor field
‑
effect Transistor，MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功能半导体器件。
[0003]其中，BJT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集MOSFET和BJT的优点于一体，即具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好，且驱动电路简单，驱动电流小，又具有饱和压降低，耐压高及承受电流大的优点。因此，IGBT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。
[0004]然而现有的IGBT存在耐压特性较差的问题，耐压特性包括IGBT的最大承受反向耐压的水平，可以利用BV
CES
(collector
–
emitter blocking voltage)来体现，BV
CES
是栅极与发射极间短路时，在指定的集电极和发射极的电流作用下，集电极与发射极间能承受的最大反向耐压，最大反向耐压越大，器件的耐压特性越好。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请实施例提供了一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法、电子设备，提高器件的耐压特性。
[0006]本申请实施例的第一方面，提供了一种绝缘栅双极晶体管IGBT，包括相对的第一表面和第二表面，在从第一表面向第二表面的方向上，具有依次连接的正面器件区、IGBT漂移区、IGBT缓冲区和IGBT集电极区，其中正面器件区可以包括元胞区和环绕元胞区的终端区，终端区包括环绕元胞区的场板区和环绕场板区的场限环区，IGBT漂移区中具有第一类型的掺杂元素，IGBT缓冲区中具有第一类型的掺杂元素，IGBT缓冲区中的第一类型的掺杂元素的浓度大于IGBT漂移区中的第一类型的掺杂元素的浓度，IGBT集电极区包括元胞集电极区、场板集电极区和场限环集电极区，元胞集电极区与元胞区在第一表面的投影重合，场板集电极区与场板区在第一表面的投影重合，场限环集电极区与场限环区在第一表面的投影重合，IGBT集电极区中具有第二类型的掺杂元素，在元胞集电极区的第二类型的掺杂元素的浓度等于场板集电极区的第二类型的掺杂元素的浓度时，场板区往往比元胞区更容易击穿，因此可以设计元胞集电极区的第二类型的掺杂元素的浓度大于场板集电极区的第二类型的掺杂元素的浓度，也就是说，与元胞区相对的部分集电极区具有较大的第二类型的掺杂元素的浓度，而与场板区相对的部分集电极区具有较小的第二类型的掺杂元素的浓度，有效减少场板区寄生三极管的放大倍数，减少器件在承受反向耐压时的漏电值，改善器
件的耐压特性以及安全工作区特性，加强器件的鲁棒性，提高器件整体的工作性能。
[0007]在一些可能的实施方式中，所述元胞集电极区为重掺杂区，所述场板集电极区为轻掺杂区。
[0008]本申请实施例中，元胞集电极区可以为重掺杂区，场板集电极区可以为轻掺杂区，场板集电极区的第二类型的掺杂元素的浓度得到有效降低，因此能够有效降低场板区的三极管的放大系数，提高器件的耐压特性。
[0009]在一些可能的实施方式中，所述元胞集电极区中的第二类型的掺杂元素的浓度大于所述场限环集电极区中的第二类型的掺杂元素的浓度。
[0010]本申请实施例中，元胞集电极区的第二类型的掺杂元素的浓度在大于场板集电极区的第二类型的掺杂元素的浓度的基础上，还可以大于场限环集电极区的第二类型的掺杂元素的浓度，这样有效降低终端区的三极管的放大系数，提高器件的耐压特性。
[0011]在一些可能的实施方式中，所述元胞集电极区为重掺杂区，所述场限环集电极区为轻掺杂区。
[0012]本申请实施例中，可以令场限环集电极区为轻掺杂区，使场限环集电极区的第二类型的掺杂元素的浓度得到有效降低，因此能够有效降低场限环区的三极管的放大系数，提高器件的耐压特性。
[0013]在一些可能的实施方式中，所述IGBT为平面栅IGBT；
[0014]所述元胞区包括基体区、栅极区和栅极氧化区，所述基体区包括基区、第一发射区和第二发射区，所述第一发射区和所述第二发射区位于所述基体区中背离所述第二表面的一侧；所述第一发射区中具有第一类型的掺杂元素，所述第二发射区中具有第二类型的掺杂元素，所述基区具有第二类型的掺杂元素；所述第一发射区用于连接发射极；所述第二发射区中的第二类型的掺杂元素的浓度大于所述基区中的第二类型的掺杂元素的浓度；所述栅极区用于连接栅电极，所述栅极区和所述栅极氧化区位于所述基体区之外背离所述第二表面的一侧；所述IGBT集电极区用于连接集电极。
[0015]本申请实施例中，IGBT可以为平面栅IGBT，栅极区和栅极氧化区设置在基体区外部，利于实现器件多样性。
[0016]在一些可能的实施方式中，所述IGBT为沟槽栅IGBT；
[0017]所述元胞区包括基体区，所述基体区包括基区、栅极区、栅极氧化区、第一发射区和第二发射区，所述栅极区、所述栅极氧化区、所述第一发射区和所述第二发射区位于所述基体区中背离所述第二表面的一侧；所述第一发射区中具有第一类型的掺杂元素，所述第二发射区中具有第二类型的掺杂元素，所述基区具有第二类型的掺杂元素；所述第一发射区用于连接发射极；所述第二发射区中的第二类型的掺杂元素的浓度大于所述基区中的第二类型的掺杂元素的浓度；所述栅极区用于连接栅电极，所述栅极氧化区在所述基体区中包围所述栅极区；所述IGBT集电极区用于连接集电极。
[0018]本申请实施例中，IGBT可以为沟槽栅IGBT，栅极区和栅极氧化区设置在基体区内部，利于实现器件多样性。
[0019]在一些可能的实施方式中，所述场板区包括第一场环区、栅极总线和位于所述第一场环区与所述栅极总线之间的场板介质层；所述第一场环区中具有第二类型的掺杂元素，用于连接发射极；所述栅极总线用于连接栅电极；
[0020]所述场限环区包括第二场环区、控制结构和位于所述第二场环区与所述控制结构之间的场限环介质层；所述第二场环区中具有第二类型的掺杂元素。
[0021]本申请实施例中，场板区可以包括第一场环区、栅极总线和场板介质层，场限环区可以包括第二场环区、控制结构和场限环介质层，从而有效为IGBT实现平面电场分压的功能。
[0022]在一些可能的实施方式中，所述第一类型为N型，所述第二类型为P型。
[0023]本申请实施例中，第一类型可以为N型，第二类型可以为P型，使器件有更低的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极晶体管IGBT，其特征在于，包括相对的第一表面和第二表面；在从所述第一表面向所述第二表面的方向上，具有依次连接的正面器件区、IGBT漂移区、IGBT缓冲区和IGBT集电极区；其中，所述正面器件区包括元胞区和环绕所述元胞区的终端区；所述终端区包括环绕所述元胞区的场板区，以及环绕所述场板区的场限环区；所述IGBT漂移区中具有第一类型的掺杂元素；所述IGBT缓冲区中具有第一类型的掺杂元素，所述IGBT缓冲区中的第一类型的掺杂元素的浓度大于所述IGBT漂移区中的第一类型的掺杂元素的浓度；所述IGBT集电极区包括元胞集电极区、场板集电极区和场限环集电极区，所述IGBT集电极区中具有第二类型的掺杂元素；所述元胞集电极区与所述元胞区在所述第一表面的投影重合，所述场板集电极区与所述场板区在所述第一表面的投影重合，所述场限环集电极区与所述场限环区在所述第一表面的投影重合；所述元胞集电极区中的第二类型的掺杂元素的浓度大于所述场板集电极区中的第二类型的掺杂元素的浓度；所述第一类型为P型或N型，所述第二类型为P型或N型，所述第一类型和所述第二类型不同。2.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述元胞集电极区为重掺杂区，所述场板集电极区为轻掺杂区。3.根据权利要求1或2所述的IGBT，其特征在于，所述元胞集电极区中的第二类型的掺杂元素浓度大于所述场限环集电极区中的第二类型的掺杂元素的浓度。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的IGBT，其特征在于，所述元胞集电极区为重掺杂区，所述场限环集电极区为轻掺杂区。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的IGBT，其特征在于，所述IGBT为平面栅IGBT；所述元胞区包括基体区、栅极区和栅极氧化区，所述基体区包括基区、第一发射区和第二发射区，所述第一发射区和所述第二发射区位于所述基体区中背离所述第二表面的一侧；所述第一发射区中具有第一类型的掺杂元素，所述第二发射区中具有第二类型的掺杂元素，所述基区具有第二类型的掺杂元素；所述第一发射区用于连接发射极；所述第二发射区中的第二类型的掺杂元素的浓度大于所述基区中的第二类型的掺杂元素的浓度；所述栅极区用于连接栅电极，所述栅极区和所述栅极氧化区位于所述基体区之外背离所述第二表面的一侧；所述IGBT集电极区用于连接集电极。6.根据权利要求1
‑
4任一项所述的IGBT，其特征在于，所述IGBT为沟槽栅IGBT；所述元胞区包括基体区，所述基体区包括基区、栅极区、栅极氧化区、第一发射区和第二发射区，所述栅极区、所述栅极氧化区、所述第一发射区和所述第二发射区位于所述基体区中背离所述第二表面的一侧；所述第一发射区中具有第一类型的掺杂元素，所述第二发射区中具有第二类型的掺杂元素，所述基区具有第二类型的掺杂元素；所述第一发射区用于连接发射极；所述第二发射区中的第二类型的掺杂元素的浓度大于所述基区中的第二类型的掺杂元素的浓度；所述栅极区用于连接栅电极，所述栅极氧化区在所述基体区中包围所述栅极区；所述IGBT集电极区用于连接集电极。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的IGBT，其特征在于，所述场板区包括第一场环区、栅极总线和位于所述第一场环区与所述栅极总线之间的
场板介质层；所述第一场环区中具有第二类型的掺杂元素，用于连接发射极；所述栅极总线用于连接栅电极；所述场限环区包括第二场环区、控制结构和位于所述第二场环区与所述控制结构之间的场限环介质层；所述第二场环区中具有第二类型的掺杂元素。8.根据权利要求1
‑
7任一项所述的IGBT，其特征在于，所述第一类型为N型，所述第二类型为P型。9.一种绝缘栅双极晶体管IGBT的制造方法，其特征在于，包括：在基底的第一表面形成正面器件区；所述基底中具有第一类型的掺杂元素；所述正面器件区包括元胞区和环绕所述元胞区的终端区；所述终端区包括环绕所述元胞区的场板区，以及环绕所述场板区的场限环区；在所述基底中朝向第二表面的部分进行第一类型的掺杂元素的掺杂，得到IGBT缓冲区；所述IGBT缓冲区中的第一类型的掺杂元素的浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文韬，胡淼，宋超凡，赵倩，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：