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1、(10)申请公布号 CN 102842611 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 2 6 1 1 A *CN102842611A* (21)申请号 201210305957.8 (22)申请日 2012.08.24 H01L 29/739(2006.01) H01L 21/027(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 赵哿 高明超 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。
2、徐国文 (54) 发明名称 一种5块掩模版IGBT芯片及其制造方法 (57) 摘要 本发明涉及一种5块掩模版IGBT芯片，由所 述5块掩模版制造形成IGBT芯片；所述5块掩模 版分别是孔掩模版、金属掩模版、钝化掩模版、有 源区掩模版和多晶掩模版；所述孔掩模版、金属 掩模版和钝化掩模版位于IGBT芯片互连及保护 模块中；所述有源区掩模版和多晶掩模版位于与 IGBT芯片互连及保护模块相反方向的模块中。本 发明还涉及一种5块掩模版IGBT芯片的制造方 法，本发明的方案极大降低IGBT芯片制造成本， 为IGBT芯片制造指出了一条新颖的技术路线。 实现容易，可行性强；与传统IGBT芯片制造方法 （6块掩。
3、模版）相比，显著的降低成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图3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 3 页 1/2页 2 1.一种5块掩模版IGBT芯片，其特征在于，由所述5块掩模版制造形成IGBT芯片；所 述5块掩模版分别是孔掩模版、金属掩模版、钝化掩模版、有源区掩模版和多晶掩模版；所 述孔掩模版、金属掩模版和钝化掩模版位于IGBT芯片互连及保护模块中；所述有源区掩模 版和多晶掩模版位于与IGBT芯片互连及保护模块相反方向的模块中。 2.如权利要求1所述的5块掩模版的IGBT芯片，其特征在于，所述I。
4、GBT芯片按照功能 分为： 有源区：称为元胞区，集成IGBT芯片的电流参数； 终端区：集成IGBT芯片的耐压参数； 栅极区：集成IGBT芯片的开关特性。 3.如权利要求2所述的5块掩模版的IGBT芯片，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）。 4.如权利要求1所述的5块掩模版的IGBT芯片，其特征在于，所述终端区包括终端区 。
5、场板结构和终端区场环结构。 5.一种5块掩模版IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤： A、制造所述有源区掩模版； B、制造所述多晶掩模版； C、制造所述孔掩模版； D、制造所述金属掩模版； E、制造所述钝化掩模版。 6.如权利要求5所述的5块掩模版IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤A中， 有源区与终端区的P-阱区同时注入，所述有源区的P-阱区形成MOS结构；终端区的P-阱 区形成终端区场环结构。 7.如权利要求5所述的5块掩模版IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤B中， 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； 有源区多晶硅形成MOS。
6、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。 8.如权利要求5所述的5块掩模版IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤C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 场板与场环接触孔，形成接触场板结构。 9.如权利要求5所述的5块掩模版IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤D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； 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。。
7、 10.如权利要求5所述的5块掩模版IGBT芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤E 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； 权 利 要 求 书CN 102842611 A 2/2页 3 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 102842611 A 1/4页 4 一种 5 块掩模版 IGBT 芯片及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种IGBT芯片及其制造方法，具体涉及一种5块掩模版IGBT芯片及 其制造方法。 背景技术。
8、 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，其俯视图如图1所示。 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；栅极区为芯片的栅极 控制区域，影响器件的开关特性。 0004 IGBT芯片设计多集中于终端区及栅极区结构的研究。IGBT芯片常用的终端结构 有场板(FP)、场限环(FLR)、结终端延伸(JTE)、。
9、横向变掺杂(VLD)、阻性场板（如掺氧多晶硅 SIPOS）等。这些延伸结构实际上起到将主结耗尽区向外展宽的作用，从而降低其内部电场 强度最终提高击穿电压。IGBT芯片常用的栅极结构有平面型、沟槽型。 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，终端区及栅极区的技术。 0006 IGBT芯片制造厂一般以光刻次数来计算加工成本，减少光刻次数可极大的降低 IGBT芯片制造成本，使用尽量少的掩模版是减少光刻次数的主要途径。 发明。
10、内容 0007 针对现有技术的不足，本法明提供一种5块掩模版IGBT芯片及其制造方法，5块掩 模版（Mask）IGBT芯片及其制造方法，工艺简单，适用不同的IGBT芯片设计，可行性强；与传 统IGBT芯片制造方法（6块掩模版）相比，显著的降低成本。 0008 本发明的目的是采用下述技术方案实现的： 0009 一种5块掩模版IGBT芯片，其改进之处在于，由所述5块掩模版制造形成IGBT芯 片；所述5块掩模版分别是孔掩模版、金属掩模版、钝化掩模版、有源区掩模版和多晶掩模 版；所述孔掩模版、金属掩模版和钝化掩模版位于IGBT芯片互连及保护模块中；所述有源 区掩模版和多晶掩模版位于与IGBT芯片互连及。
11、保护模块相反方向的模块中。 0010 其中，所述IGBT芯片按照功能分为： 0011 有源区：称为元胞区，集成IGBT芯片的电流参数； 0012 终端区：集成IGBT芯片的耐压参数； 0013 栅极区：集成IGBT芯片的开关特性。 0014 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-阱区与栅极氧化 说 明 书CN 102842611 A 2/4页 5 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。 0015 其中，所述终端区包。
12、括终端区场板结构和终端区场环结构。 0016 本发明基于另一目的提供的一种5块掩模版IGBT芯片的制造方法，其改进之处在 于，所述方法包括下述步骤： 0017 A、制造所述有源区掩模版； 0018 B、制造所述多晶掩模版； 0019 C、制造所述孔掩模版； 0020 D、制造所述金属掩模版； 0021 E、制造所述钝化掩模版。 0022 其中，所述步骤A中，有源区与终端区的P-阱区同时注入，所述有源区的P-阱区 形成MOS结构；终端区的P-阱区形成终端区场环结构。 0023 其中，所述步骤B中，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； 0024 有源区多晶硅形成MOS栅。
13、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。 0025 其中，所述步骤C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； 0026 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。 0027 其中，所述步骤D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； 0028 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。 0029 其中，所述步骤E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，。
14、 栅极区； 0030 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芯片焊盘区，用于对IGBT芯片封装，发射极和栅极打线位置。 0031 与现有技术相比，本发明达到的有益效果为： 0032 1、针对Infineon/ABB公司IGBT芯片制造技术垄断，本发明提供了一种5块掩模 版IGBT芯片及其制造方法，极大降低IGBT芯片制造成本，为IGBT芯片制造指出了一条新 颖的技术路线。 0033 2、本发明提供了一种5块掩模版IGBT芯片及其制造方法，实现容易，可行性强；与 传统IGBT芯片制造技术（6块掩模版）相比，显著的降低成本。 0034 3、本。
15、发明提供了一种5块掩模版IGBT芯片制造方法适用于不同IGBT芯片的设 计。 附图说明 0035 图1是本发明提供的IGBT芯片的俯视结构图； 说 明 书CN 102842611 A 3/4页 6 0036 图2是本发明提供的IGBT芯片有源区剖面图； 0037 图3是本发明提供的5块掩模版（Mask）IGBT芯片制造方法示意图； 0038 图4是本发明提供的5块掩模版（Mask）IGBT芯片制造方法流程图； 0039 图5是现有技术的6块掩模版（Mask）IGBT芯片制造方法流程图。 具体实施方式 0040 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1。有源 区又称。
16、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；栅极区为芯片的栅极控制 区域，影响器件的开关特性。 0041 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2。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2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。 0042 本发明提供的5块掩模版（Mask）IGBT。
17、芯片制造方法示意图如图3所示，所述5块 掩模版分别是孔掩模版、金属掩模版、钝化掩模版、有源区掩模版和多晶掩模版；所述孔掩 模版、金属掩模版和钝化掩模版位于IGBT芯片后端互连及保护模块中；所述有源区掩模版 和多晶掩模版位于与IGBT芯片互连及保护模块相反方向的模块中，即前端的模块中。 0043 IGBT芯片有正面和背面，后端互连及保护模块在IGBT芯片背面；而前端指的是 IGBT正面有有源区掩模版和多晶掩模版的这一面。 0044 本发明提供的5块掩模版（Mask）IGBT芯片制造方法流程如图4所示，包括下述步 骤： 0045 A、制造有源区掩模版：有源区与终端区的P-阱区同时注入，所述有源区的。
18、P-阱区 形成MOS结构；终端区的P-阱区形成终端区场环结构。 0046 B、制造多晶掩模版；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的栅结构，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。 0047 C、制造孔掩模版；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。 0048 D、制造金属掩模版；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。 004。
19、9 E、制造钝化掩模版。钝化分布在终端区，有源区，栅极区。终端区钝化为IGBT芯片 终端保护材料，起隔离和保护芯片的作用，有源区和栅极区钝化开口为IGBT芯片焊盘区， 为后续IGBT芯片封装，发射极和栅极打线位置。 0050 本发明提供的5块掩模版IGBT芯片及其制造方法，实现容易，可行性强；与传统 IGBT芯片制造技术（6块掩模版）相比（如图5所示），显著的降低成本。 0051 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 说 明 书CN 102842611 A 4/4页 7 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 102842611 A 1/3页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102842611 A 2/3页 9 图3 说 明 书 附 图CN 102842611 A 3/3页 10 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102842611 A 10 。