連體igbt器件及其加工方法
2023-05-12 07:41:51
專利名稱：連體igbt器件及其加工方法
技術領域：
本發明涉及一種連體IGBT器件及其加工方法。
背景技術：
絕緣柵雙極電晶體(IGBT)是當前主流的電力電子器件之一，適合於中、大功率的電力變換應用。特別是在開關速度較快的情況下，電源系統的體積、重量都會大大降低，而用電效率和轉換質量都會有很大的提高。因此從節能減排和國民經濟可持續發展的角度來看，這是一類重要的電力變換和控制的基礎器件。IGBT絕緣柵雙極電晶體可以看做是雙極電晶體和場效應電晶體兩種結構的複合 體，也可以看做是晶圓片上表面處製作的MOS器件與晶圓片底面所製作的PN結二極體的結合。上、下表面處的MOS器件與二極體，是通過一個半導體材料N-漂移區連結在一起的。當半導體材料N-漂移區比較長時(即晶圓片比較厚時)，IGBT器件的耐壓較高；否則耐壓比較低。傳統製作非穿通型IGBT器件的方法分為兩個步驟，可以稱作是前道工藝和後道工藝。前道工藝加工晶圓片的上表面(也稱晶圓片正面)，而後道工藝加工其底面(也稱晶圓片的背面)。在前道工藝中，在一個晶圓片上同時製作出多個MOS器件結構，在所有工藝完成後，對正面器件結構進行一定的鈍化保護，然後轉到後道加工。後道加工包括晶圓片從背面減薄(至適合於耐壓要求的厚度)，對整個背面進行離子注入，注入雜質退火激活，背面金屬化，以及劃片切割、電極壓焊與封裝等，得到商品IGBT器件。但當前IGBT器件的主要問題是器件工作的開關速度仍不夠高。
發明內容
為了克服上述的缺陷，本發明提供一種開關速度更高的連體IGBT器件。為達到上述目的，一方面，本發明提供一種連體IGBT器件，所述器件包括至少兩個IGBT器件，兩個IGBT器件的漂移區互相連通，各IGBT器件獨立引出電極。特別是，所述連體IGBT器件由四個IGBT器件組成田字形，每個IGBT器件分別與相連的IGBT器件連通漂移區。進一步，左上角的IGBT器件和右下角的IGBT器件並聯形成第一組塊，右上角的IGBT器件和左下角的IGBT器件並聯形成第二組塊。特別是，所述連體IGBT器件由兩個IGBT器件組成，一 IGBT器件佔較大的晶片面積，作為承擔較大的電流的主開關器件，相連的另一 IGBT器件佔較小的晶片面積，作為起到加速主器件開關切換作用的輔助器件。另一方面，本發明提供一種連體IGBT器件的加工方法，包括下述步驟5. I在第一導電類型的襯底晶圓片上，通過雜質摻雜和擴散得到第二導電類型的溝道區；製備柵極，通過雜質注入及摻雜激活工藝得到第一導電類型的源區；澱積保護介質層，開接觸孔，金屬化布線，上表面鈍化；
5. 2在步驟5. I之前、之中或之後，在上表面開上槽，澱積鈍化層保護裸露部分；5. 3將晶圓片背面減薄；5. 4背面離子注入摻雜、退火、金屬化；5. 5在步驟5. 4之前、之中或之後，在背面對應上槽的位置處開背槽；5. 6劃片，連體IGBT器件的各組成器件獨立引出電極；封裝。特別是，步驟5. 2中開上槽使用的是溼法腐蝕、幹法刻蝕、乾濕法複合刻蝕或雷射燒蝕的方法。特別是，步驟5. 5中開背槽的步驟為·
5. 5. I對應上槽的位置處在背面採用雙面對準光刻技術進行曝光；5. 5. 2使用溼法腐蝕、幹法刻蝕、乾濕法複合刻蝕或雷射燒蝕的方法開背槽。本發明連體IGBT器件是通過連接部將IGBT器件的N-漂移區相連而形成，當兩個IGBT器件工作於此開彼關/此關彼開的方式時，這兩個IGBT器件的開關速度可以相互促進，獲得工作速度進一步提高的有益效果。本發明連體IGBT器件的加工方法在現有IGBT器件加工方法的基礎上增加了開槽的步驟，實現了連體IGBT器件的加工。加工成本低，簡單易行。
圖I為本發明優選實施例一結構示意圖。圖2為本發明優選實施例三結構示意圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖和優選實施例對本發明做詳細描述。優選實施例一如圖I所示，連體IGBT器件由兩個常規IGBT器件通過漂移區連接部4相連組成，IGBT器件包括正面的MOS結構和底面的PN結。其中，正面的MOS結構由N+源漏區1、P型溝道區2和起到源漏區作用的N型漂移區3構成。底面的PN結結構是由P+底面區5和N型漂移區3構成。使用常規工藝在晶圓片正面製造MOS結構。即使用N-型的襯底晶圓片作為襯底，在襯底上雜質摻雜和擴散得到P型區2，製作柵極6，雜質注入及激活得到N+型源區1，在所得結構的上表面澱積保護介質，開接觸孔後金屬化布線，上表面鈍化。在兩個IGBT器件之間的區域用溼法腐蝕的方法開上深槽，然後澱積鈍化層保護裸露部分。進行常規IGBT器件的背面加工工藝。即將晶圓片從背面減薄，背面離子注入摻雜、退火及金屬化。採用雙面對準的光刻技術進行背面曝光，對兩個IGBT器件的連接區從背面用溼法腐蝕方法開背深槽。將兩個IGBT器件作為一個整體進行劃片分割出來，各IGBT器件獨立引出電極。源區引出IGBT器件的發射極，底面區引出IGBT器件的收集極。兩個IGBT器件共同封裝得到連體IGBT器件產品。本優選實施例中將兩個IGBT器件通過漂移區連接部相連接形成連體IGBT器件，連體IGBT器件的工作狀態是第一 IGBT器件開而第二 IGBT器件關的狀態，反之亦然。當第一 IGBT器件由開到關、第二 IGBT器件由關到開進行開關狀態的切換時，由於第一 IGBT器件N-區中積累的載流子可以迅速地排出到第二 IGBT器件的N-區，所以第一 IGBT器件的關斷速度會有所提升，而第二 IGBT器件的開通速度同樣有所提升。這樣就從總體上提高了整體器件的開關速度。連體IGBT器件具有常規IGBT器件的性能，而在開關速度上有了很大的提高，並不是兩個IGBT器件的簡單迭加。當前IGBT器件用做逆變電源時的工作頻率一般在20kHz左右，本優選實施例中連體IGBT器件的工作頻率可提高至30-50kHz。優選實施例二 連體IGBT器件由兩個常規IGBT器件通過漂移區連接部相連組成。但是這兩個常規IGBT器件一個佔據較大的面積，稱作主開關器件；而另一個佔據較小的面積，稱作加速開關器件。各IGBT器件包括正面的MOS結構和底面的PN結。其中，正面的MOS結構由N+源漏區、P型溝道區和起到源漏區作用的N型漂移區構成。底面的PN結結構是由P+/N+底面區和N型漂移區構成。
在晶圓片上表面區域用幹法刻蝕的方法開上深槽，然後使用常規工藝在晶圓片正面製造MOS結構，即使用N-型的襯底晶圓片作為襯底，在襯底上雜質摻雜和擴散得到P型區，製作柵極，雜質注入及激活得到N+型源區，在所得結構的上表面澱積保護介質，開接觸孔後金屬化布線，上表面鈍化。進行常規IGBT器件的背面加工工藝。即將晶圓片從背面減薄，背面離子注入摻雜、退火及金屬化。採用雙面對準的光刻技術進行背面曝光，對應著上深槽的位置從背面用幹法刻蝕方法開背深槽，令兩個IGBT器件僅保持連接區處相連。將兩個IGBT器件作為一個整體進行劃片分割出來，各IGBT器件獨立引出電極，一大一小兩個IGBT器件共同封裝得到連體IGBT器件產品。本優選實施例中將兩個一大一小的IGBT器件通過漂移區連接部相連接形成連體IGBT器件，連體IGBT器件的工作狀態是此IGBT器件開而彼IGBT器件關的狀態，反之亦然。在主器件開關狀態切換的瞬間，漂移區中所積累的載流子可以由主IGBT器件區域流向加速IGBT器件的區域，或者從加速IGBT器件的區域向主開關器件補充載流子，就縮短了主器件開/關的時間，提高了器件的開關速度，整體性地提升IGBT器件的工作性能。連體IGBT器件具有常規IGBT器件的性能，而在開關速度上有了很大的提高，並不是兩個IGBT器件的簡單迭加。優選實施例三如圖2所示，連體IGBT器件由四個常規IGBT器件7通過漂移區連接部4相連組成田字形結構。各IGBT器件包括正面的MOS結構和底面的PN結。其中，正面的MOS結構由N+源漏區、P型溝道區和起到源漏區作用的N型漂移區構成。底面的PN結結構是由P+/N+底面區和N型漂移區構成。在晶圓片上表面區域用幹法刻蝕的方法開上深槽，然後使用常規工藝在晶圓片正面製造MOS結構，即使用N-型的襯底晶圓片作為襯底，在襯底上雜質摻雜和擴散得到P型區，製作柵極，雜質注入及激活得到N+型源區，在所得結構的上表面澱積保護介質，開接觸孔後金屬化布線，上表面鈍化。將晶圓片從背面減薄。採用雙面對準的光刻技術進行背面曝光，對應著上深槽的位置從背面用幹法刻蝕方法開背深槽，令每兩個相鄰的IGBT器件僅保持連接區處相連。進行常規IGBT器件的背面加工工藝。即背面離子注入摻雜、退火及金屬化。將四個IGBT器件作為一個整體進行劃片分割出來，各IGBT器件獨立引出電極，四個IGBT器件共同封裝得到連體IGBT器件產品。本優選實施例中將四個IGBT器件通過漂移區連接部相連接形成田字形連體IGBT器件，連體IGBT器件的工作狀態是某一 IGBT器件開而與之相鄰的IGBT器件關的狀態，反之亦然。四個IGBT可輪轉進行導通和關斷。在開關狀態切換的瞬間，漂移區中所積累的載流子可以由一個IGBT器件區域流 向另一 IGBT器件的區域，就同時縮短了此器件開/關以及與之相鄰器件關/開的速度，整體性地提升IGBT器件的工作性能。連體IGBT器件具有常規IGBT器件的性能，而在開關速度上有了很大的提高，並不是四個IGBT器件的簡單迭加。優選實施例四連體IGBT器件由四個常規IGBT器件通過漂移區連接部相連組成田字形結構。各IGBT器件包括正面的MOS結構和底面的PN結。其中，正面的MOS結構由N+源漏區、P型溝道區和起到源漏區作用的N型漂移區構成。底面的PN結結構是由P+/N+底面區和N型漂移區構成。使用常規工藝在晶圓片正面製造MOS結構，S卩使用N-型的襯底晶圓片作為襯底，在襯底上雜質摻雜和擴散得到P型區，製作柵極，雜質注入及激活得到N+型源區，在所得結構的上表面澱積保護介質，開接觸孔後金屬化布線，上表面鈍化。在此過程中，在晶圓片上表面區域用幹法刻蝕的方法開上深槽。進行常規IGBT器件的背面加工工藝。即將晶圓片從背面減薄，背面離子注入摻雜、退火及金屬化。在此過程中，採用雙面對準的光刻技術進行背面曝光，對應著上深槽的位置從背面用幹法刻蝕方法開背深槽，令每兩個相鄰的IGBT器件僅保持連接區處相連。將四個器件作為一個整體進行劃片分割出來，四個IGBT器件共同封裝得到連體IGBT器件產品。位於左上角的IGBT器件和右下角的IGBT器件並聯在一起，構成一個組塊；右上角的IGBT器件和左下角的IGBT器件並聯構成另一個組塊，形成的是兩組塊、彼此連體的連體IGBT器件。本優選實施例中將四個IGBT器件通過漂移區連接部相連接，以左上角IGBT器件由開通到關閉的轉換而論，其在開通期間所積聚載流子，既可以向右上角IGBT器件區洩放，也可以向左下角IGBT器件區洩放，因此可提高洩放效率，進一步提升器件的工作速度。以上，僅為本發明的較佳實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求所界定的保護範圍為準。
權利要求
1.一種連體IGBT器件，其特徵在於，所述器件包括至少兩個IGBT器件，兩個IGBT器件的漂移區互相連通，各IGBT器件獨立引出電極。
2.根據權利要求I所述的連體IGBT器件，其特徵在於，所述連體IGBT器件由四個IGBT器件組成田字形，每個IGBT器件分別與相連的IGBT器件連通漂移區。
3.根據權利要求2所述的連體IGBT器件，其特徵在於，左上角的IGBT器件和右下角的IGBT器件並聯形成第一組塊，右上角的IGBT器件和左下角的IGBT器件並聯形成第二組塊。
4.根據權利要求I所述的連體IGBT器件，其特徵在於，所述連體IGBT器件由兩個IGBT器件組成，一 IGBT器件佔較大的晶片面積，作為承擔較大的電流的主開關器件，相連的另一 IGBT器件佔較小的晶片面積，作為起到加速主器件開關切換作用的輔助器件。
5.—種連體IGBT器件的加工方法，其特徵在於，包括下述步驟 .5.I在第一導電類型的襯底晶圓片上，通過雜質摻雜和擴散得到第二導電類型的溝道區；製備柵極，通過雜質注入及摻雜激活工藝得到第一導電類型的源區；澱積保護介質層，開接觸孔，金屬化布線，上表面鈍化； . 5.2在步驟5. I之前、之中或之後，在上表面開上槽，澱積鈍化層保護裸露部分； .5.3將晶圓片背面減薄； . 5.4背面離子注入摻雜、退火、金屬化； .5.5在步驟5. 4之前、之中或之後，在背面對應上槽的位置處開背槽； . 5.6劃片，連體IGBT器件的各組成器件獨立引出電極；封裝。
6.根據權利要求5所述的連體IGBT器件的加工方法，其特徵在於，步驟5.2中開上槽使用的是溼法腐蝕、幹法刻蝕、乾濕法複合刻蝕或雷射燒蝕的方法。
7.根據權利要求5所述的連體IGBT器件的加工方法，其特徵在於，步驟5.5中開背槽的步驟為. 5.5. I對應上槽的位置處在背面採用雙面對準光刻技術進行曝光；. .5.5. 2使用溼法腐蝕、幹法刻蝕、乾濕法複合刻蝕或雷射燒蝕的方法開背槽。
全文摘要
本發明公開一種連體IGBT器件，為解決現有器件開關速度不夠高的問題而發明。本發明連體IGBT器件包括至少漂移區互相連通的兩個IGBT器件，各IGBT器件獨立引出電極。連體IGBT器件也可由四個漂移區互相連通的IGBT器件組成。連體IGBT器件也可以具體實現為一承擔較大電流主開關器件的IGBT器件和一起到加速主器件開關切換作用的輔助IGBT器件的兩個IGBT器件相連。本發明連體IGBT器件的加工方法通過增加開槽工藝得到了本發明連體IGBT器件。本發明連體IGBT器件及其加工方法加工成本低，簡單易行，利用兩個IGBT器件開關速度相互促進獲得工作速度進一步提高的有益效果。
文檔編號H01L29/739GK102956638SQ201210452249
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月13日 優先權日2012年11月13日
發明者嚴利人, 劉道廣, 劉志弘, 張偉, 周衛, 崔傑 申請人:清華大學