一種集成門極換流晶閘管igct深門極結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成門極換流晶閘管IGCT的深門極結(jié)構(gòu)，該深門極結(jié)構(gòu)包括硅單晶，在硅單晶上設(shè)置第一槽；在第一槽有槽面用硼鋁高溫擴散工藝形成P型區(qū)；在第一槽有槽平面用磷擴散工藝形成N+型區(qū)；在第一槽的底部設(shè)置第二槽；第二槽底部設(shè)置P+型區(qū)；在N+型區(qū)上設(shè)置陰極電極；在P+型區(qū)上設(shè)置門極電極；最后在P型區(qū)和N+型區(qū)交接處設(shè)置N+型區(qū)和P型區(qū)交接處保護(hù)層。本發(fā)明這種集成門極換流晶閘管IGCT采用深門極結(jié)構(gòu)可大大增加陽極關(guān)斷電流，同時門極電極和陰極電極的平面距離達(dá)到50微米以上，提高了門極電極和陰極電極的絕緣電壓，進(jìn)而提高了集成門極換流晶閘管IGCT的可靠性。
【專利說明】一種集成門極換流晶閘管IGCT深門極結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，涉及一種功率半導(dǎo)體器件的門極結(jié)構(gòu)，具體是指一種集成門極換流晶閘管IGCT深門極結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前集成門極換流晶閘管IGCT的發(fā)展技術(shù)關(guān)鍵在于如何增加集成門極換流晶閘管IGCT的陽極關(guān)斷電流。常用的集成門極換流晶閘管IGCT的門極和陰極的平面距離約30微米左右，使得集成門極換流晶閘管IGCT門極平面距集成門極換流晶閘管N一型區(qū)距離較遠(yuǎn)，一般大于100微米，這樣造成集成門極換流晶閘管IGCT的陽極關(guān)斷電流變小。同時，門極電極和陰極極電極的平面距離只有30微米，影響了門極電極和陰極電極的絕緣電壓。
[0003]集成門極換流晶閘管IGCT采用深門極結(jié)構(gòu)顯著縮短了集成門極換流晶閘管IGCT的門極和陰極的平面距離，可使集成門極換流晶閘管IGCT關(guān)斷時有效地吸收電流，增加陽極關(guān)斷電流。同時，門極電極和陰極電極的平面距離達(dá)到50微米以上，提高了門極電極和陰極電極的絕緣電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的
本發(fā)明提出一種集成門極換流晶閘管IGCT深門極結(jié)構(gòu)，其目的是為了顯著增加集成門極換流晶閘管IGCT陽極關(guān)斷電流，同時門極電極和陰極電極的平面距離達(dá)到50微米以上，提高了門極電極和陰極電極的絕緣電壓，增加了產(chǎn)品的可靠性。
[0005]技術(shù)方案
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
一種集成門極換流晶閘管IGCT深門極結(jié)構(gòu)，包括硅單晶，其特征在于:在硅單晶上設(shè)置第一槽；在第一槽的槽面用硼鋁高溫擴散工藝形成P型區(qū)；在第一槽的平面用磷擴散工藝形成N+型區(qū)；在第一槽的底部設(shè)置第二槽；第二槽底部設(shè)置P+型區(qū)；在N+型區(qū)上設(shè)置陰極電極；在P+型區(qū)上設(shè)置門極電極；最后在P型區(qū)和N+型區(qū)交接處設(shè)置N+型區(qū)和P型區(qū)交接處保護(hù)層。
[0006]深門極由第一槽和第二槽構(gòu)成。
[0007]由第一槽和第二槽構(gòu)成的集成門極換流晶閘管IGCT門極深度等于或大于50微米。
[0008]優(yōu)點及效果
本發(fā)明具有如下優(yōu)點及有益效果:
本發(fā)明在集成門極換流晶閘管IGCT的門極-陰極面經(jīng)過兩次挖槽制成深門極，使得門極距PN—結(jié)(P型區(qū)和N—型區(qū)交接處)大大縮短，增加陽極關(guān)斷電流的效果。同時門極電極和陰極電極的平面距離達(dá)到50微米以上，提高了門極電極和陰極電極的絕緣電壓?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明集成門極換流晶閘管IGCT深門極結(jié)構(gòu)俯視圖；
圖2是本發(fā)明集成門極換流晶閘管IGCT深門極結(jié)構(gòu)剖面圖；
圖3是本發(fā)明形成硅單晶單面第一次挖槽工藝的剖面圖；
圖4是本發(fā)明形成P型區(qū)工藝剖面圖；
圖5是本發(fā)明形成N+型區(qū)工藝剖面圖；
圖6是本發(fā)明形成硅單晶單面第二次挖槽工藝剖面圖；
圖7是本發(fā)明形成P+型區(qū)工藝剖面圖；
圖8是本發(fā)明形成N+型區(qū)和P+型區(qū)金屬電極工藝剖面圖；
圖9是本發(fā)明形成N+型區(qū)和P型區(qū)交接處保護(hù)層工藝剖面圖；
圖10是采用本發(fā)明的深門極結(jié)構(gòu)制造的集成門極換流晶閘管IGCT剖面圖；
附圖標(biāo)記說明:
I為硅單晶(N_型區(qū))，2為第一槽，3為P型區(qū)，4為N+型區(qū)，5為第二槽，6為P+型區(qū)，7為陰極電極，8為門極電極，9為N+型區(qū)和P型區(qū)交接處保護(hù)層，10為N型緩沖層，11為透明陽極，12為陽極電極(金屬鑰)。
【具體實施方式】
[0010]下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明:
本發(fā)明公開一種集成門極換流晶閘管IGCT深門極結(jié)構(gòu)，如圖1-圖10所示，用該結(jié)構(gòu)能夠制作出具有陽極關(guān)斷電流大的集成門極換流晶閘管IGCT。該結(jié)構(gòu)主要由硅單晶單面挖槽(第一次挖槽)工藝、P型區(qū)擴散工藝、N+型區(qū)擴散工藝、門極區(qū)域第二次挖槽、P+型區(qū)離子注入工藝、N+型區(qū)電極和P+型區(qū)電極制作、N+型區(qū)和P型區(qū)保護(hù)層制造工藝制成。硅單晶單面挖槽工藝是在集成門極換流晶閘管IGCT的門極區(qū)域挖槽#型區(qū)擴散工藝是生成集成門極換流晶閘管IGCT的短基區(qū)；N+區(qū)擴散工藝是生成集成門極換流晶閘管IGCT的陰極；第二次挖槽使門極深度加深，并形成集成門極換流晶閘管IGCT的門極區(qū)域；離子注入工藝形成的P+型區(qū)是生成集成門極換流晶閘管IGCT門極的歐姆接觸；門極和陰極電極制作工藝是生成集成門極換流晶閘管IGCT門極和陰極電極；N+型區(qū)和P型區(qū)保護(hù)層工藝是在PN+結(jié)(N+型區(qū)和P型區(qū)交接處)上涂敷一層保護(hù)膜，作用是保證PN+結(jié)的反向電壓性能穩(wěn)定。
[0011]圖1是本發(fā)明集成門極換流晶閘管IGCT深門極俯視圖；圖2是本發(fā)明集成門極換流晶閘管深門極結(jié)構(gòu)剖面圖；在圖1和圖2中，I為硅單晶，2為第一槽(第一次挖的槽)，3為P型區(qū)，4為N+型區(qū)，5為第二槽(第二次挖的槽)，6為P+型區(qū)，7為陰極電極，8為門極電極，9為N+型區(qū)和P型區(qū)交接處保護(hù)層。
[0012]上述集成門極換流晶閘管IGCT深門極結(jié)構(gòu)，包括硅單晶1，硅單晶I上設(shè)置第一槽2 ;在第一槽2的槽面用硼鋁高溫擴散工藝形成P型區(qū)3 ;在第一槽2的平面用磷擴散工藝形成N+型區(qū)4 ;在第一槽2的底部設(shè)置第二槽5 ;第二槽5底部設(shè)置P+型區(qū)6 ;在N+型區(qū)4上設(shè)置陰極電極7 ;在P+型區(qū)6上設(shè)置門極電極8 ;最后在P型區(qū)3和N+型區(qū)4交接處設(shè)置N+型區(qū)和P型區(qū)交接處保護(hù)層9。
[0013]深門極由第一槽2和第二槽5構(gòu)成。
[0014]由第一槽2和第二槽5構(gòu)成的集成門極換流晶閘管IGCT深門極深度等于或大于50微米。
[0015]本發(fā)明的集成門極換流晶閘管IGCT深門極制造方法和工藝如圖2-圖9所示，結(jié)合實施例，具體步驟為:
(I)圖3所示，在硅單晶I的一面進(jìn)行選擇性化學(xué)腐蝕，形成第一槽2，槽深30微米。
[0016](2)如圖4所示，采用硼鋁高溫擴散制形成P型區(qū)3，擴散條件(溫度1258°C，時間28小時)，技術(shù)參數(shù)結(jié)深:110微米。
[0017](3)如圖5所示，在第一槽2的平面用磷擴散工藝形成N+型區(qū)4，擴散結(jié)深約20微米左右，工藝為傳統(tǒng)的高溫磷擴散工藝。
[0018](4)如圖6所示，采用化學(xué)腐蝕方法去除第一槽2的側(cè)部和底部的N+型區(qū)4，再用化學(xué)腐蝕方法在第一槽2的底部進(jìn)行第二次挖槽形成第二槽5，第二槽5深度約30微米左右。
[0019](5)如圖7所示，采用離子注入技術(shù)選擇性在第二槽5底部注入硼，形成P+型區(qū)6，采用離子注入技術(shù)進(jìn)行硼摻雜條件為:能量為20kev，劑量為2.3X1015cnT2，摻雜濃度采用LSS理論計算約為2.3X 1020cnT2。
[0020](6)如圖8所示，采用電子束蒸發(fā)臺在N+型區(qū)4上和第二槽5的底部蒸發(fā)鎳鉻銀金屬層，金屬層厚8?13微米，再用光刻工藝刻出陰極電極7和門極電極8。
[0021](7)如圖9所示，用化學(xué)方法對N+型區(qū)4和P型區(qū)3交接處清潔處理后涂覆一層聚酰亞胺固化，形成N+型區(qū)和P型區(qū)交接處保護(hù)層9。
[0022]圖10是采用本發(fā)明的深門極結(jié)構(gòu)制造的集成門極換流晶閘管IGCT剖面圖。在圖10中，I為硅單晶(N_型區(qū))，2為第一槽，3為P型區(qū)，4為N+型區(qū)，5為第二槽，6為P+型區(qū)，7為陰極電極，8為門極電極，9為N+型區(qū)和P型區(qū)交接處保護(hù)層，10為用離子注入形成的N型緩沖層，采用等離子增強化學(xué)氣相淀積(PECVD)工藝做成的多晶硅，制成集成門極換流晶閘管的透明陽極11 ;將透明陽極11和陽極電極(金屬鑰)12燒結(jié)在一起，完成集成門極換流晶閘管芯片結(jié)構(gòu)制造。
[0023]實施例1:
集成門極換流晶閘管采用深門極結(jié)構(gòu)如上所述(可參見圖10)，集成門極換流晶閘管的芯片直徑為50毫米，正向阻斷電壓為4500V時，常規(guī)門極結(jié)構(gòu)的集成門極換流晶閘管陽極關(guān)斷電流是1800A，門極電極和陰極電極的絕緣電壓為50V。深門極結(jié)構(gòu)的集成門極換流晶閘管陽極關(guān)斷電流是2400A，門極電極和陰極電極的絕緣電壓為95V。
【權(quán)利要求】
1.一種集成門極換流晶閘管IGCT深門極結(jié)構(gòu)，包括硅單晶(1)，其特征在于:在硅單晶(I)上設(shè)置第一槽(2);在第一槽(2)的槽面用硼鋁高溫擴散工藝形成P型區(qū)(3);在第一槽(2)的平面用磷擴散工藝形成N+型區(qū)(4);在第一槽(2)的底部設(shè)置第二槽(5);第二槽(5)底部設(shè)置P+型區(qū)(6);在N+型區(qū)(4)上設(shè)置陰極電極(7);在P+型區(qū)(6)上設(shè)置門極電極(8);最后在P型區(qū)(3)和N+型區(qū)(4)交接處設(shè)置N+型區(qū)和P型區(qū)交接處保護(hù)層(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成門極換流晶閘管IGCT深門極結(jié)構(gòu)，其特征在于:深門極由第一槽(2)和第二槽(5)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成門極換流晶閘管IGCT深門極結(jié)構(gòu)，其特征在于:由第一槽(2)和第二槽(5)構(gòu)成的集成門極換流晶閘管IGCT門極深度等于或大于50微米。
【文檔編號】H01L29/423GK103887329SQ201410084845
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】李春峰, 吳春瑜, 揣榮巖, 李應(yīng)貴, 李新, 王松, 關(guān)艷霞, 張爽, 劉冬莉, 劉省民, 項紅野, 李潔瓊 申請人:沈陽通美電器有限公司