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1、(10)申请公布号 CN 102842606 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 2 6 0 6 A *CN102842606A* (21)申请号 201210305948.9 (22)申请日 2012.08.24 H01L 29/423(2006.01) H01L 29/739(2006.01) H01L 21/027(2006.01) H01L 21/28(2006.01) H01L 21/331(2006.01) (71)申请人中国电力科学研究院 地址 100192 北京市海淀区清河小营东路 15号 申请人国家电网公司 (72)发明人刘江 高明超 赵。
2、哿 金锐 (74)专利代理机构北京安博达知识产权代理有 限公司 11271 代理人徐国文 (54) 发明名称 一种IGBT芯片可变栅内阻及其设计方法 (57) 摘要 本发明一种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2-10之间。本发 明还涉及一种IGBT芯片可变栅内阻的设计方法， 本发明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（多。
3、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。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 6 页 1/2页 2 1.一种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； 所述栅内阻的大小在2-10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。
4、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1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栅内阻的大小。 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。 6.如权利要求5所述的IGB。
5、T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（1）；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决定。 8.一种IGBT芯片可变栅内阻的设计方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤： A、制造IGBT芯片的场环掩模版；。
6、 B、制造IGBT芯片的有源区掩模版； C、制造IGBT芯片的含有栅内阻的多晶掩模版； D、制造IGBT芯片的孔掩模版； E、制造IGBT芯片的金属掩模版； F、制造IGBT芯片的钝化掩模版。 9.如权利要求8所述的IGBT芯片可变栅内阻的设计方法，其特征在于，所述步骤A中， 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。 10.如权利要求8所述的IGBT芯片可变栅内阻的设计方法，其特征在于，所述步骤B 中，有源区P-阱区同时注入，所述有源区的P-阱区形成MOS结构。 11.如权利要求8所述的IGBT芯片可变栅内阻的设计方法，其特征在于，所述步骤C 中，所述多晶掩模版包含多晶硅，所。
7、述多晶硅分布在有源区，栅极区和终端区； 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。 12.如权利要求8所述的IGBT芯片可变栅内阻的设计方法，其特征在于，所述步骤D 中，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 权 利 要 求 书CN 102842606 A 2/2页 3 场板与场环接触孔，形成接触场板结构。 13.如权利要求8所述的IGBT芯片可变栅内阻的设计方法，其特征在于，所述步骤E 中，所述金属掩模版包括金属；所述金属分布在。
8、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。 14.如权利要求8所述的IGBT芯片可变栅内阻的设计方法，其特征在于，所述步骤F 中，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。 权 利 要 求 书CN 102842606 A 1/4页 4 一种 IGBT 芯片可变栅内阻及其设计方法 技术领域 0001 本发明涉及一种栅内阻及其制造方法，具体。
9、涉及一种IGBT芯片可变栅内阻及其 设计方法。 背景技术 0002 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。 0003 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1；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。 0004。
10、 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 210欧左右的电阻，改善IGBT芯片间的均流，详见图3。 0005 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。
11、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，终端区及栅极区（栅焊盘区+栅汇流条区） 的技术。 0006 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。 0007 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。 发明内容 0008 针对现有技术的不足，本发明提供一种IGBT芯片可变栅内阻及其设计方法，本发 明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。
12、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。 0009 本发明的目的是采用下述技术方案实现的： 0010 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； 说 明 书CN 102842606 A 2/4页 5 0011 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 所述栅内阻的大小在2-10之间。 0013 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。
13、阻共同构 成栅电阻。 0014 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。 0015 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。 0016 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。 0017 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1；栅极氧化层与N-衬底区之间的P-阱区3；位于P-阱区。
14、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。 0018 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。 0019 本发明基于另一目的提供的一种IGBT芯片可变栅内阻的设计方法，其特征在于， 所述方法包括下述步骤： 0020 A、制造IGBT芯片的场环掩模版； 0021 B、制造IGBT芯片的有源区掩模版； 0022 C、制造IGBT芯片的含有栅内阻的多晶掩模版； 0023 D、制造IGBT芯片的孔掩模版； 0024 E、制造IGBT芯片的金属掩模版； 0025 F。
15、、制造IGBT芯片的钝化掩模版。 0026 其中，所述步骤A中，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。 0027 其中，所述步骤B中，有源区P-阱区同时注入，所述有源区的P-阱区形成MOS结 构。 0028 其中，所述步骤C中，所述多晶掩模版包含多晶硅，所述多晶硅分布在有源区，栅 极区和终端区； 0029 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。 0030 其中，所述步骤D中，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； 0031 有源区孔为IGBT芯片发射极引出端；栅极区孔为IGBT芯片栅。
16、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。 0032 其中，所述步骤E中，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； 说 明 书CN 102842606 A 3/4页 6 0033 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。 0034 其中，所述步骤F中，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； 0035 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。 0036 与现。
17、有技术相比，本发明达到的有益效果是： 0037 1、本发明提供的IGBT芯片可变栅内阻，实现容易，可行性强。 0038 2、本发明提供的IGBT芯片可变栅内阻，适用于不同栅结构IGBT芯片的设计。 0039 3、本发明提供的IGBT芯片可变栅内阻，适用于IGBT芯片并联使用。 0040 4、本发明提供的IGBT芯片可变栅内阻的设计方法，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。 附图说明 0041 图1是IGBT芯片有源区的剖面图； 0042 图2是IGBT芯片结构的俯视图； 0043 图3是IGBT并联栅内阻的示意图； 0044 图4是IGBT芯片的栅内阻设计方法流。
18、程图； 0045 图5是IGBT芯片栅内阻示意图； 0046 图6是IGBT芯片可变栅内阻示意图。 具体实施方式 0047 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 g1 与IGBT1芯片串联，R g2 与IGBT2串联；R g3 与IGBT3串 联；R g4 与IGBT4串联；R g5 与IGBT5串联；R g6 与IGBT6串联。 0048 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和栅汇流条区；IGBT芯片常用的栅极。
19、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之间串联一个2 10（ohm）左右的电阻，改善IGBT芯片间的均流。 0049 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1的多晶电阻长和宽 均为1cm？2的多晶电阻长为1cm，宽为0.5cm；长变垂直于水平面；0.5的多晶电阻长 为为1cm，宽为0.5cm；长边平行于水平面。 0050 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。
20、（长，宽等），调节栅内 阻，可方便的实现可变栅内阻的设计。 0051 IGBT芯片栅内阻的制造需考虑多晶掩模版，孔掩模版，金属掩模版3块掩模版。栅 内阻的简单示意图见图5。 0052 栅内阻的设计需综合考虑栅电阻，栅电流，实际应用等因素。IGBT芯片内部电阻 说 明 书CN 102842606 A 4/4页 7 （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。 00。
21、53 IGBT芯片的栅内阻设计方法流程图如图4所示，本发明还提供了一种IGBT芯片可 变栅内阻的设计方法，该方法包括下述步骤： 0054 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。 0055 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。 0056 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 多晶硅分布在有源区，栅极区和终端区； 0057 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。 0058 。
22、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； 0059 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。 0060 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； 0061 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。 0062 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； 0063 终端区钝化为IGBT芯片终端区保护。
23、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。 0064 本发明提供的IGBT芯片可变栅内阻及其设计方法，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。 0065 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然 可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何 修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 说 明 书CN 102842606 A 1/6页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102842606 A 2/6页 9 图2 说 明 书 附 图CN 102842606 A 3/6页 10 图3 说 明 书 附 图CN 102842606 A 10 4/6页 11 图4 说 明 书 附 图CN 102842606 A 11 5/6页 12 图5 说 明 书 附 图CN 102842606 A 12 6/6页 13 图6 说 明 书 附 图CN 102842606 A 13 。