专利名称：一种igbt芯片可变栅内阻的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种栅内阻及其制造方法，具体涉及一种IGBT芯片可变栅内阻。
背景技术：
IGBT (绝缘栅双极晶体管)同时具有单极性器件和双极性器件的优点，驱动电路简单，控制电路功耗和成本低，通态压降低，器件自身损耗小，是未来高压大电流的发展方向。IGBT为3端器件，包括正面发射极，栅极及背面集电极。IGBT芯片有源区剖面图详见图1。包括低浓度的N-衬底区；衬底表面的栅极氧化层2，沉积在栅极氧化层2上的多晶硅栅极I ;栅极氧化层与N-衬底区之间的P-阱区3 ;位于P-阱区与栅极氧化层之间的N+区4 ;位于N-衬底区下方的背面注入区5 ;位于注入区下方的集电极7及位于栅极氧化层上方的发射极6。IGBT芯片由功能划分为有源区、终端区和栅极区三部分，其俯视图见图2。有源区又称元胞区，为芯片的功能区域；主要影响芯片的电流相关参数，如导通电压，阈值电压参数；终端区位于芯片的边缘区域，主要影响芯片的耐压参数；栅极区又可分为栅焊盘区及栅汇流条区，为芯片的栅极控制区域，影响器件的开关特性。IGBT芯片常用的栅极结构有平面型、沟槽型。IGBT芯片在串联适用时，通常会在栅焊盘区及栅汇流条区之间串联一个2 10欧左右的电阻，改善IGBT芯片间的均流，详见图3。 IGBT芯片制造技术主要包括光刻，扩散/注入，腐蚀，薄膜四大模块。IGBT芯片制造技术即通过相应的制造技术将掩模版上的图形转移到半导体圆片上的技术。IGBT制造技术即采用相应的技术完成IGBT芯片有源区8，终端区11及栅极区(栅焊盘区9+栅汇流条区10)的技术。IGBT芯片制造技技术又大致可分为前段的器件加工及后端的芯片互连及保护两大块。后端的互连及保护的通常用3块掩模版(孔掩模版，金属掩模版，钝化掩模版)；前段的器件加工通常用3-4块掩模版。目前IGBT芯片栅内阻都是不可变的，阻值固定，影响了IGBT芯片开通和断开时的电流和电压。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型提供一种IGBT芯片可变栅内阻及其设计方法，本实用新型的方案使栅内阻灵活可变，应用范围广，改善了现有技术的固定栅电阻值的缺陷。通过改变多晶电阻的拓扑，可实现多晶电阻大小的调整。仅改变一块掩模版(多晶掩模版)，改变多晶的拓扑，调节栅内阻，方便的实现可变栅内阻。本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的一种IGBT芯片可变栅内阻，所述IGBT芯片包括栅极区，所述栅极区集成IGBT芯片的开关特性；所述栅极区包括栅焊盘区和栅汇流条区；其改进之处在于，所述栅内阻串联在所述栅焊盘区和栅汇流条区之间。[0012]其中，所述栅内阻设置在IGBT芯片栅极区，与IGBT芯片的外接电路栅外阻共同构成栅电阻。其中，所述栅内阻为多晶电阻，分别与IGBT芯片制造时的孔掩模版和金属掩模版连接；所述栅内阻包含在IGBT芯片制造时多晶掩模版中。其中，所述多晶电阻的大小由多晶的长和宽决定；多晶电阻的大小决定栅内阻的大小。其中，所述IGBT芯片包括有源区和终端区；所述有源区集成IGBT的电流参数；所述终端区集成IGBT芯片的耐压参数；所述多晶电阻或作为有源区的栅极结构及终端区的场板结构。其中，所述有源区包括N-衬底区；N_衬底区表面的栅极氧化层2，沉积在栅极氧化层2上的多晶硅栅极I ;栅极氧化层与N-衬底区之间的P-阱区3 ;位于P-阱区与栅极氧化层之间的N+区4 ;位于N-衬底区下方的背面注入区5 ;位于注入区下方的集电极7及位于栅极氧化层上方的发射极6。其中，所述栅内阻的大小由IGBT芯片开通时电流变化率di/dt和关断时的电压变化率dv/dt决定。与现有技术相比，本实用新型达到的有益效果是1、本实用新型提供的IGBT芯片可变栅内阻，实现容易，可行性强。2、本实用新型提供的IGBT芯片可变栅内阻，适用于不同栅结构IGBT芯片的设计。3、本实用新型提 供的IGBT芯片可变栅内阻，适用于IGBT芯片并联使用。4、本实用新型提供的IGBT芯片可变栅内阻，使栅内阻灵活可变，应用范围广，改善了现有技术的固定栅电阻值的缺陷。
图1是IGBT芯片有源区的剖面图；图2是IGBT芯片结构的俯视图；其中8_有源区；9_栅焊盘区；10_栅汇流条区；11-终端区；图3是IGBT并联栅内阻的示意图；图4是IGBT芯片的栅内阻设计方法流程图；图5是IGBT芯片栅内阻示意图；其中9_栅焊盘区；10_栅汇流条区；12_金属掩膜版；13_孔掩膜版；14_多晶掩膜版；15-栅内阻；图6是IGBT芯片可变栅内阻示意图；其中9_栅焊盘区；10_栅汇流条区；12_金属掩膜版；13_孔掩膜版；14_多晶掩膜版；16_可变栅内阻。
具体实施方式
IGBT并联栅内阻的示意图如图3所示，图中，IGBT1、IGBT2和IGBT3并联，IGBT4、IGBT5和IGBT6并联，栅内阻R' gl与IGBTl芯片串联，R' g2与IGBT2串联；R' g3与IGBT3串联；R' 84与IGBT4串联；R' 85与IGBT5串联；R' g6与IGBT6串联。IGBT芯片栅内阻示意图如图5所示，IGBT芯片栅极区的设计通常还设计栅电阻，称为栅内阻。IGBT芯片栅极区包括栅焊盘区9和栅汇流条区10 ；IGBT芯片常用的栅极区有平面型、沟槽型。IGBT芯片在串联适用时，通常会在栅焊盘区及栅汇流条区10之间串联一个2 10 Ω左右的电阻，改善IGBT芯片间的均流。IGBT芯片栅内阻为多晶电阻；在IGBT芯片中，多晶材料还作为有源区8的栅极结构及终端区的场板结构。多晶电阻的长和宽将决定栅内阻的大小。如IQ的多晶电阻长和宽均为Icm ;2Ω的多晶电阻长为lcm，宽为0. 5cm ;长变垂直于水平面；0. 5Ω的多晶电阻长为Icm,宽为0. 5cm ;长边平行于水平面。IGBT芯片可变栅内阻示意图如图6所示，通过改变多晶电阻的拓扑，可实现多晶电阻大小的调整。仅改变一块掩模版(多晶掩模版)，改变多晶的拓扑(长，宽等)，调节栅内阻15，可方便的实现可变栅内阻16的设计。IGBT芯片栅内阻的制造需考虑多晶掩模版14，孔掩模版13，金属掩模版12三块掩模版。15栅内阻的简单示意图见图5。栅内阻的设计需综合考虑栅电阻15，栅电流，实际应用等因素。IGBT芯片内部电阻(栅内阻)与外接电路的栅电阻(栅外阻)共同构成栅电阻。栅电阻与IGBT的开关特性密切相关，栅电阻的大小由开通时的di/dt及关断时的dv/dt决定；栅电阻过小会造成振荡，导致IGBT芯片的损坏；栅电阻过大，又导致IGBT开关损耗增大等问题。因此栅内阻需根据实际应用综合考虑。IGBT芯片的栅内阻设计方法流程图如图4所示，本实用新型还提供了一种IGBT芯片可变栅内阻16的设计方法，该方法包括下述步骤A、制造IGBT芯片的场环掩模版终端区的P-阱区注入，终端区的P_阱区形成终端区场环结构。B、制造IGBT芯片的有源区掩模版有源区P-阱区同时注入，所述有源区的P_阱区形成MOS结构。C、制造IGBT芯片的含有栅内阻的多晶掩模版所述多晶掩模版包含多晶硅，所述多晶娃分布在有源区8,棚极区和终端区；有源区多晶硅形成MOS栅结构，栅极区多晶硅为有源区MOS栅结构汇总区域，终端区多晶硅形成终端区的场板结构。D、制造IGBT芯片的孔掩模版所述孔掩模版包括孔；所述孔分布在有源区，栅极区和终端区；有源区孔为IGBT芯片发射极引出端；栅极区孔为IGBT芯片栅极引出端；终端区孔为场板与场环接触孔，形成接触场板结构。E、制造IGBT芯片的金属掩模版所述金属掩模版包括金属；所述金属分布在有源区，栅极区和终端区；有源区金属为IGBT芯片发射极引出端；栅极区金属IGBT芯片栅极引出端；终端区金属形成终端场板结构。F、制造IGBT芯片的钝化掩模版所述钝化掩模版包括钝化；所述钝化分布在终端区，有源区，栅极区；终端区钝化为IGBT芯片终端区保护材料，用于隔离和保护芯片；有源区和栅极区钝化开口为IGBT芯片栅焊盘区，用于对IGBT芯片封装，发射极和栅极打线位置。本实用新型提供的IGBT芯片可变栅内阻16，使栅内阻灵活可变，应用范围广，改善了现有技术的固定栅电阻值的缺陷。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当 理解依然可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新 型精神和 范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.ー种IGBT芯片可变栅内阻，所述IGBT芯片包括栅极区，所述栅极区集成IGBT芯片的开关特性；所述栅极区包括栅焊盘区和栅汇流条区； 其特征在于，所述栅内阻串联在所述栅焊盘区和栅汇流条区之间。
2.如权利要求1所述的IGBT芯片可变栅内阻，其特征在于，所述栅内阻设置在IGBT芯片栅极区，与IGBT芯片的外接电路栅外阻共同构成栅电阻。
3.如权利要求1所述的IGBT芯片可变栅内阻，其特征在于，所述栅内阻为多晶电阻，分别与IGBT芯片制造时的孔掩模版和金属掩模版连接；所述栅内阻包含在IGBT芯片制造时多晶掩模版中。
4.如权利要求3所述的IGBT芯片可变栅内阻，其特征在于，所述多晶电阻的大小由多晶的长和宽决定；多晶电阻的大小决定棚内阻的大小。
5.如权利要求1所述的IGBT芯片可变栅内阻，其特征在于，所述IGBT芯片包括有源区和終端区；所述有源区集成IGBT的电流參数；所述终端区集成IGBT芯片的耐压參数；多晶电阻或作为有源区的栅极结构及终端区的场板结构。
6.如权利要求5所述的IGBT芯片可变栅内阻，其特征在于，所述有源区包括N-衬底区；N-衬底区表面的栅极氧化层(2)，沉积在栅极氧化层(2)上的多晶硅栅极(I);栅极氧化层与N-衬底区之间的P-阱区(3);位于P-阱区与栅极氧化层之间的N+区(4);位于N-衬底区下方的背面注入区(5);位于注入区下方的集电极(7)及位于栅极氧化层上方的发射极(6)。
7.如权利要求1所述的IGBT芯片可变栅内阻，其特征在于，所述栅内阻的大小由IGBT芯片开通时电流变化率di/dt和关断时的电压变化率dv/dt決定。
专利摘要本实用新型一种IGBT芯片可变栅内阻，所述IGBT芯片包括栅极区，所述栅极区集成IGBT芯片的开关特性；所述栅极区包括栅焊盘区和栅汇流条区；所述栅内阻串联在所述栅焊盘区和栅汇流条区之间；所述栅内阻的大小在2-10Ω之间，本实用新型提供的方案使栅内阻灵活可变，应用范围广，改善了现有技术的固定栅电阻值的缺陷。通过改变多晶电阻的拓扑，可实现多晶电阻大小的调整。仅改变一块掩模版，改变多晶的拓扑，调节栅内阻，方便的实现可变栅内阻。
文档编号H01L29/739GK202871796SQ201220425538
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者刘江, 高明超, 赵哿, 金锐 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司