增强微元胞结构IGBT短路能力的方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种增强微元胞结构IGBT短路能力的方法。

背景技术：

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR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综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。因此其应用也越来越广泛，是一种重要的功率半导体器件。

随着IGBT技术的发展，芯片面积越来越小，电流密度越来越大。但是随着沟道密度的加大，出现了一个问题，就是IGBT的短路电流随之变大，管子短路耐受能力明显变弱。客户在应用过程中，会碰到一些极端情况，导致IGBT易于损坏。在这种情况下，如果用常规的方法提高短路能力，则会牺牲导通压降或者开关损耗。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种增强微元胞结构IGBT短路能力的方法，可以在不影响导通压降和开关损耗的前提下，提高IGBT的短路能力。

本发明所采用的技术方案为：

增强微元胞结构IGBT短路能力的方法，其特征在于：

IGBT工艺初始阶段，先在Dummy Cell Mesa区域挖trench，然后生长外延，形成较深的P柱结构，后面Trench结构形成后，此P柱区域就形成了深的P+结构，短路发生时，用来限制短路电流的大小。

具体包括以下步骤：

步骤1、选取N型合适电阻率的硅片；

步骤2、N-的衬底硅片上按照元胞的Dummy区域，先挖Trench；

步骤3、进行P型外延层的生长；

步骤4、将表面的P层去掉；

步骤5、挖好器件的Trench结构，并长栅氧；

步骤6、进行Pwell注入；

步骤7、对P阱进行驱入；

步骤8、进行N+注入；

步骤9、点击层间介质层，并进行孔刻蚀；

步骤10、淀积金属层并做好正面钝化；

步骤11、进行背面注入和退火工艺，形成背面结构；

步骤12、淀积背面金属结构，完成。

步骤4中，通过CMP或者回刻的方式将表面的P层去掉。

本发明具有以下优点：

本发明发明在芯片正面Dummy 元胞Mesa区域做一些深的P柱。集电极低压时，它能正常的工作，不影响导通和开关损耗；集电极高压时，在Dummy区域的P柱会迅速耗尽，对电流形成夹断，限制了电流的大小。在发生短路的时候，可以有效限制短路电流的大小，增强了芯片短路耐受的能力，避免了芯片的意外损坏，提高了芯片的鲁棒性，在不影响微元胞结构IGBT开通和关断损耗的情况下，减小了短路电流，提高了芯片的短路耐受能力。

附图说明

图1为步骤1示意图。

图2为步骤2示意图。

图3为步骤3示意图。

图4为步骤4示意图。

图5为步骤5示意图。

图6为步骤6示意图。

图7为步骤7示意图。

图8为步骤8示意图。

图9为步骤9示意图。

图10为步骤10示意图。

图11为步骤11示意图。

图12为步骤12示意图。

图13为未采用本发明的IGBT结构。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

目前的微元胞结构IGBT，主要是在原有基础上把元胞尺寸大幅减小，这样IGBT芯片的过电流能力增强，损耗减小，单位面积的过电流能力得到提升，芯片面积减小。但是随着电流密度的提高，短路电流越来越高，导致芯片的短路耐受能力降低。这样，IGBT芯片在应用中，在遇到极端情况下，极易发生损坏。如果利用现有技术，提高IGBT的短路能力，又会牺牲IGBT的开通和关断损耗。这样的话做微元胞结构的意义也就失去了。

本发明在IGBT工艺初始阶段，先在Dummy Cell Mesa区域挖trench，然后生长外延，形成较深的P柱结构，后面Trench结构形成后，此P柱区域就形成了深的P+结构。在IGBT的Dummy Cell Mesa区域，形成深的P+结构，短路发生时，用来限制短路电流的大小，提高其短路能力。具体包括以下步骤：

1、首先选取N型合适电阻率的硅片；

2、N-的衬底硅片上按照元胞的Dummy区域，先挖一些Trench；

3、进行P型外延层的生长；

4、通过CMP或者回刻的方式将表面的P层去掉；

5、挖好器件的Trench结构，并长栅氧；

6、进行Pwell（P径）注入；

7、对P阱进行驱入；

8、进行N+注入；

9、点击层间介质层，并进行孔刻蚀；

10、淀积金属层并做好正面钝化；

11、进行背面注入和退火工艺，形成背面结构；

12、淀积背面金属结构，完成。

本发明的上述技术方案是一种新型的微元胞结构IGBT的制作方法，可以在不影响导通压降和开关损耗的前提下，提高IGBT的短路能力。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。