绝缘栅极晶体管及其制备方法和应用转让专利
申请号 : CN201910765512.X
文献号 : CN110504300B
文献日 : 2023-02-07
发明人 : 冯宇翔 , 张远浩 , 李媛媛
申请人 : 广东美的制冷设备有限公司 , 美的集团股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种绝缘栅极晶体管,其特征在于,包括:漂移区;
P阱区,所述P阱区设置在所述漂移区的一侧;
有源区,所述有源区设置在所述P阱区远离所述漂移区的一侧;
栅极,所述栅极设置在所述P阱区远离所述漂移区的一侧;
发射极,所述发射极设置在所述有源区和所述P阱区远离所述漂移区的一侧;
缓冲层,所述缓冲层设置在所述漂移区远离所述栅极的一侧;
集电区,所述集电区设置在所述缓冲层远离所述漂移区的一侧;
集电极,所述集电极设置在所述集电区远离所述漂移区的一侧;
其中,所述集电区由多个第一层和多个第二层在从所述集电极到所述漂移区的方向上+ ‑交替层叠设置,且所述第一层为P离子掺杂,所述第二层为P 离子掺杂;第一个所述第二层形成在缓冲层远离所述漂移区的表面,第一个所述第一层形成在第一个所述第二层远离所述漂移区的表面。
2.根据权利要求1所述的绝缘栅极晶体管,其特征在于,所述第一层的厚度为120 150 ~nm。
3.根据权利要求1所述的绝缘栅极晶体管,其特征在于,所述第二层的厚度为80 100 ~nm。
4.根据权利要求1所述的绝缘栅极晶体管,其特征在于,所述第一层和所述第二层的个数各自为2 4个。
~
+
5.根据权利要求1所述的绝缘栅极晶体管,其特征在于,所述第一层的P 离子掺杂浓度
18 19 ‑3
为5×10 1×10 cm ;和/或,~
‑ 17 17 ‑3
所述第二层的P离子掺杂浓度为1×10 5×10 cm 。
~
6.一种制备绝缘栅极晶体管的方法,其特征在于,采用所述方法制备上述权利要求1中所述的绝缘栅极晶体管,包括:对N‑离子掺杂的衬底的一个表面进行P离子注入,以形成P阱区和漂移区;
+
对所述P阱区远离所述漂移区的表面进行N离子注入,以形成有源区;
在所述有源区、所述P阱区和所述漂移区的表面进行金属沉积,以形成栅极和发射极;
+
对所述漂移区远离所述栅极的表面进行N离子注入,以形成缓冲层;
对所述缓冲层远离所述漂移区的表面进行P离子注入,以形成集电区,且所述集电区由+多个第一层和多个第二层依次交替层叠设置,并且,所述第一层为P 离子掺杂,所述第二层‑为P离子掺杂;
在所述集电区远离所述漂移区的表面进行金属沉积,以形成集电极。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述形成集电区的步骤包括:‑
对所述缓冲层远离所述漂移区的表面进行P离子注入,以形成第二层;
+
对所述第二层远离所述漂移区的表面进行P离子注入,以形成第一层;
‑ +
交替重复多次所述P离子注入和多次所述P离子注入,以形成集电区。
+ 18
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述P离子注入的掺杂浓度为5×10 1×
19 ‑3 ‑ 17 17 ‑3 ~
10 cm ;和/或,所述P离子注入的掺杂浓度为1×10 5×10 cm 。
~
9.一种智能功率模块,其特征在于,包括:电路基板,所述电路基板上设置有电路布线,且所述电路布线包括焊接器件区;
至少一个权利要求1 5中任一项所述的绝缘栅极晶体管,所述绝缘栅极晶体管的底侧~面焊接于所述焊接器件区,所述绝缘栅极晶体管的顶侧面通过金属连接桥接至所述电路布线。
10.一种空调器,其特征在于,包括权利要求9所述的智能功率模块。
说明书 :
绝缘栅极晶体管及其制备方法和应用
技术领域
背景技术
‑ +
(E),集电极(C)以及漂移区(N)和背面集电区(P)等,其工作原理为栅极达到阈值电压后,
沟道导通,集电区向漂移区注入少子空穴,起到电导调制作用,少子注入越多,导通损耗越
小。但是,对应的拖尾电流效应就会越大,关断损耗越大,因此,少子的注入关乎器件的导通
和关断损耗。并且,两者还存在矛盾关系,目前通常采用集电区局部区域的少子寿命控制或
减小少子注入效率的方法优化导通和关断损耗的折中关系。
发明内容
率,通常会在集电区引入局部缺陷区,或者在集电区中引入隔离的不同导电类型的N区域
设置集电区短路结构,以上方法是在漂移区下面的集电区中引入局部导电类型不同或者材
料性能不一致的区域,导致少子注入至漂移区后,在元胞漂移区的横向水平浓度分布上会
存在比较大的浓度不均匀性。但是,在实际的应用过程中,IGBT漂移区中载流子浓度分布的
不均匀还会增加器件的导通损耗,反而会对器件的性能具有较大的影响。
断损耗和反向电流对器件损坏的风险,此外,还有利于漂移区中载流子浓度的均匀分布,从
而使绝缘栅极晶体管具有更加优化的动态和静态的损耗。
所述栅极设置在所述P阱区远离所述漂移区的一侧;发射极,所述发射极设置在所述有源区
和所述P阱区远离所述漂移区的一侧;缓冲层,所述缓冲层设置在所述漂移区远离所述栅极
的一侧;集电区,所述集电区设置在所述缓冲层远离所述漂移区的一侧;集电极,所述集电
极设置在所述集电区远离所述漂移区的一侧;其中,所述集电区由多个第一层和多个第二
+ ‑
层交替层叠设置,且所述第一层为P离子掺杂,所述第二层为P离子掺杂。
还有利于漂移区中载流子浓度的均匀分布,从而使其具有更加优化的动态损耗和静态损
耗。
或,所述第二层的P离子掺杂浓度为1×10 ~5×10 cm 。
注入,以形成P阱区和漂移区;对所述P阱区远离所述漂移区的表面进行N 离子注入,以形成
有源区;在所述有源区、所述P阱区和所述漂移区的表面进行金属沉积,以形成栅极和发射
+
极;对所述漂移区远离所述栅极的表面进行N离子注入,以形成缓冲层;对所述缓冲层远离
所述漂移区的表面进行P离子注入,以形成集电区,且所述集电区由多个第一层和多个第二
+ ‑
层依次交替层叠设置,并且,所述第一层为P离子掺杂,所述第二层为P离子掺杂;在所述集
电区远离所述漂移区的表面进行金属沉积,以形成集电极。
量或注入能量,形成P/P复合交替叠层结构的集电区,从而可制备出关断损耗更低、反向电
流对器件损坏风险更低、动态损耗和静态损耗都更优化的绝缘栅极晶体管。
区的表面进行P离子注入,以形成第二层;对所述第二层远离所述漂移区的表面进行P离子
‑ +
注入,以形成第一层;交替重复多次所述P离子注入和多次所述P离子注入,以形成集电区。
或,所述P 离子注入的掺杂浓度为1×10 ~5×10 cm 。
极晶体管的底侧面焊接于所述焊接器件区,所述绝缘栅极晶体管的顶侧面通过金属连接桥
接至所述电路布线。
模块的损耗更低、寿命更长。本领域技术人员能够理解的是,前面针对绝缘栅极晶体管所描
述的特征和优点,仍适用于该智能功率模块,在此不再赘述。
的是,前面针对智能功率模块所描述的特征和优点,仍适用于该空调器,在此不再赘述。
附图说明
具体实施方式
技术或条件的,本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书
进行。
移区100的一侧;有源区300设置在P阱区200远离漂移区100的一侧;栅极400设置在P阱区
200远离漂移区100的一侧;发射极500设置在有源区300和P阱区200远离漂移区100的一侧;
缓冲层600设置在漂移区100远离栅极400的一侧;集电区700设置在缓冲层600远离漂移区
100的一侧;而集电极800设置在集电区700远离漂移区100的一侧;其中,集电区700由多个
+ ‑
第一层710和多个第二层720交替层叠设置,且第一层710为P离子掺杂,第二层720为P离子
掺杂。需要说明的是,本文中“层叠设置”具体是指从集电极800到漂移区100的方向上依次
层叠设置,即按照第一层710、第二层720、……、第一层710、第二层720的重复周期反复排
列。
集电区,在器件正向导通时,P层相对于P层注入至漂移区100中的少子相对较多,所以P层
‑ + ‑
保证了少子空穴的注入效率,而P层减少了少子在漂移层100中的存储;另外,P /P交替形
成的结构还可使得空穴在往漂移层100注入的过程更加均匀,有利于漂移区100中载流子的
均匀分布,进而有效改善器件的动态损耗以及抗冲击性能。
+
度可以为120~150nm,如此,较薄的P离子掺杂第一层710,可进一步使空穴从集电区700往
漂移层100注入的过程更加均匀,从而使器件性能更好。
‑
度可以为80~100nm,如此,较薄的P 离子掺杂第二层720,可进一步使空穴从集电区700往
漂移层100注入的过程更加均匀,从而使器件性能更好。
应地选择。在本发明的一些实施例中,第一层710和第二层720的个数可以各自为2~4个,具
体例如都为2个,如此,更优化少子的注入速率,从而进一步加快关断时少子的抽取速度,进
一步提高关断速度,更减少电流拖尾效应,进而进一步降低关断损耗和反向电流对器件损
坏的风险。
据实际集电区700对少子的注入速率的实际优化效果进行相应地选择。在本发明的一些实
+ 18 19 ‑3 ‑
施例中,第一层710的P离子掺杂浓度可以为5×10 ~1×10 cm ,而第二层720的P离子掺
17 17 ‑3
杂浓度可以为1×10 ~5×10 cm ,如此,高掺杂浓度的第一层710与低掺杂浓度的第二层
720交替层叠分布组成的集电区,可更好地优化少子的注入速率,且更有利于漂移区中载流
子浓度的均匀分布。
P/P复合结构层组成,不仅能优化少子的注入效率,从而降低关断损耗和反向电流对器件
损坏的风险,还有利于漂移区中载流子浓度的均匀分布,从而使其具有更加优化的动态损
耗和静态损耗。
晶体管的结构设计进行相应地规划,在此不再赘述。
管的结构设计进行相应地规划,在此不再赘述。
参考图3,可以先在衬底的正面外延(例如溅射或化学气相沉积)一层1.5~3微米(例如2微
米)厚的氧化硅(SiO2)保护层,并通过光刻工艺刻蚀出图3中的掩膜区210和窗口区220,其
中,掩膜区210对应多个元胞的工艺区(例如有源区200),而窗口区220对应多个工艺区之间
的间隙;然后,通过高温离子注入技术在500~700摄氏度(例如600摄氏度左右)的温度下注
入离子(例如B、P或N等),如此,掩膜区210被保护层保护而没有受到离子注入影响,窗口区
220受到离子注入影响,其表面材料被轰击损伤而产生深能级缺陷,从而使窗口区220的材
料呈现高阻状态,进而形成隔离性的绝缘区域。最后,再通过湿法腐蚀的方法可将掩膜区
210表面的保护层去除,如此,可继续后续的器件工艺。
得碳化硅横向器件在平面工艺的基础上获得电学性能的隔离,避免了器件由于台阶而易导
致的掩模覆盖性不好、金属连线断裂不良以及工艺困难复杂的技术问题,而且,在平面上实
现器件的有效隔离,有利于提高器件集成度。
盖部分的有源区300和P阱区200。
+ ‑
为P离子掺杂,第二层720为P离子掺杂。
的表面进行P离子注入,以形成第二层720;S520对第二层720远离漂移区100的表面进行P
‑ +
离子注入,以形成第一层710;S530交替重复多次P离子注入和多次P离子注入,以形成集电
区700。如此,制作出的集电区700由不同的P离子注入层复合组成。
进一步提高关断速度,更减少电流拖尾效应,进而进一步降低关断损耗和反向电流对器件
损坏的风险。
10 cm ,而第二层720的P离子掺杂浓度可以为1×10 ~5×10 cm ,如此,高掺杂浓度的
第一层710与低掺杂浓度的第二层720交替层叠分布组成的集电区,可更好地优化少子的注
入速率,且更有利于漂移区中载流子浓度的均匀分布。
注入的剂量或注入能量,形成P/P 复合交替叠层结构的集电区,从而可制备出关断损耗更
低、反向电流对器件损坏风险更低、动态损耗和静态损耗都更优化的绝缘栅极晶体管。
的底侧面焊接于所述焊接器件区,绝缘栅极晶体管的顶侧面通过金属连接桥接至所述电路
布线。
使智能功率模块的损耗更低、寿命更长。本领域技术人员能够理解的是,前面针对绝缘栅极
晶体管所描述的特征和优点,仍适用于该智能功率模块,在此不再赘述。
根据该空调器的功能进行相应地设计和补充,在此不再赘述。
员能够理解的是,前面针对智能功率模块所描述的特征和优点,仍适用于该空调器,在此不
再赘述。
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三
个等,除非另有明确具体的限定。
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
实施例进行变化、修改、替换和变型。