[发明专利]一种逆阻IGBT的芯片及制造方法

说明书

本发明涉及一种逆阻IGBT的芯片及制造方法。本发明在芯片边缘区制作孔槽与芯片背面集电极P+区相接触，采用物理气相淀积，将芯片放入充满硼离子的气体中，使硼离子沿着孔槽内壁进行横向扩散，直至孔槽之间的扩散结相接触，环绕终端区形成扩散隔离区。其区别于常规逆阻IGBT采用扩散法制作隔离区特点是：扩散时间短、不受衬底厚度影响、隔离区使用面积少、芯片面积利用率高。孔槽底部与背面集电极P+区相接触，解决了高压器件因衬底较厚，扩散隔离区底部很难与背面集电极相接触的难题，只需孔槽之间的扩散结相接触，形成整体扩散P+区，将芯片终端区与芯片边缘相隔离，避免芯片边缘区漏电流的产生。

技术领域：

本发明涉及半导体技术领域中的功率半导体器件结构，其逆阻IGBT终端隔离区结构设计。

背景技术

常规IGBT为了折中通态压降V_on和关断损耗E_off，一般都具有缓冲层以获得更小的V_on和E_off，由于缓冲层和集电极层的掺杂浓度都很高，同时芯片边缘由于晶格损伤和应力会引起较大的漏电流，所以常规IGBT不具备反向阻断能力。而逆阻型IGBT采用传统的非穿通型(NPT)结构，同时在背面和侧面做了改进，在芯片边缘处设计有效的边缘隔离区P+,使边缘隔离区P+与背面P+区短接，来避免芯片边缘的晶格损伤和应力造成较大漏电流产生，使其具备双向阻断能力。传统的逆阻IGBT边缘P+隔离区设计，通常采用自上而下扩散隔离区设计。传统逆阻型IGBT边缘隔离区结构设计见图4A，采用这种扩散隔离终端设计，P+隔离区与底面P+相接触是整个结构设计的难点所在，对于衬底较薄的低压逆阻IGBT较容易实现，但对于耐压较高、衬底较厚的高压器件而言，实现较为困难。高压逆阻IGBT的衬底较厚，需要很长的扩散时间，P+隔离区才能与背面P+相结合，由于横向扩散的存在，导致P+隔离区扩散面积很宽，造成芯片终端面积大量浪费。

发明内容

为了更有效地避免芯片边缘由于晶格损伤和应力造成的较大漏电流，并且减少扩散隔离区造成的芯片面积浪费，本发明提出一种在终端边缘区(111)打孔扩散形成P+隔离区(2)，且这些圆柱型的孔槽连续的排列分布在芯片终端区(110)周围，形成环绕式包裹分布。剖面图见图4B、俯视图见图4C、圆柱形孔槽之间的扩散效果图见图4D。圆柱形孔槽环绕包裹在芯片周围，槽底与背面P+区(1)相接触。将挖好圆柱形孔槽芯片采用物理气相淀积，将芯片入充满B(硼)离子的气体中，使硼离子气体沿着圆柱形孔槽内壁进行横向扩散，达到圆柱形孔槽之间的扩散区域相接触，效果图见图D，最终形成包围P+隔离区(2)。芯片在物理气相淀积中，为了在短时间内，使圆柱形孔槽的扩散区域相接触，一般圆柱形孔槽之间的距离在1μm-20μm左右。因此，本结构设计在较短的扩散时间内且芯片边缘使用面积较低的情况下，就能形成新的P+扩散隔离区(2)，有效的防止了芯片边缘漏电流的产生。(注：芯片有源区与终端区不是本设计的重点，所以不过多讲解，本领域技术人员应当理解其结构)。

一种逆阻IGBT的芯片，其特征在于：逆阻IGBT的芯片终端区与芯片边缘之间孔槽阵列包围终端环绕式分布，孔槽阵列为一圈或者多圈；孔槽阵列环绕包裹终端区，单面孔槽结构即在IGBT的芯片从上面开孔：孔槽底部与背面P+区距离0μm-50μm、相邻孔槽间距1μm-30μm、多圈孔槽相邻圈之间的间距1μm-20μm，双面孔槽结构即在IGBT的芯片两面同时开孔：表面相邻孔槽间距(122)1μm-30μm、表面孔槽与背面孔槽的横向距离(121)1μm-20μm、孔槽深度是衬底厚度的40％-60％。

进一步，孔槽形状为圆柱形或者为非圆柱形。

进一步，多圈为2-3圈。

进一步，孔槽底部与背面P+区距离0μm即开通孔。

芯片边缘区制作孔槽与芯片背面集电极P+区相接触，采用物理气相淀积，将芯片放入充满硼离子的气体中，使硼离子沿着孔槽内壁进行横向扩散，直至孔槽之间的扩散结相接触，环绕终端区形成扩散隔离区。