TWI321359B - Trench igbt for highly capacitive loads - Google Patents

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Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 發明之領域 本發明係有關於絕緣閘雙極電晶體(IGBT)，且更明確 地有關於用於高電容負载與特別是電漿顯示器面板之 IGBT結構。 C先前·】 發明之背景 IGBT為相當習知的且例如在被指定給本發明之代理 人的美國專利第6,683,311號與第6,707,111號被顯示。溝渠 式IGBT亦在2005年9月20日申請之審理中申請案第 11/230,969 號（標題為 TRENCH IGBT WITH INCREASED SHORT CIRCUIT CAPABILITY (IR-2949))中被描述，其該 等内容被納入此處作為參考。 IGBT在高電容負載應用中正在取代電力MOSFET。因 而例如在投影TV接收器中被使用之電漿顯示器面板在維 持與能量恢復的二基本電路中作用成為高電容負載。IGBT 因其比電力MOSFET具有較高電流傳導與減少傳導損失而 就此類負載為有用的。 其會欲進一步提高IGBT之電流傳導能力與減少其傳 導損失以促成為此類電容負載使用較小晶片面積的IGBT。 【發明内容3 發明之概要 當被IGBT控制之輸出電路為電容性的時，IGBT以很小 電壓被施用而被接通與切斷(軟切換），其已被吾人了解操作 成為電容負載之IGBT的安全作業區（SOA)可因而以偏好較 快之接通與較低的傳導損失而被交換。 依照本發明，一溝渠式IGBT被配置為特別是電漿顯示 器面板之高電容負載提供改善之作業，其中裝置SOA以偏 好較快之接通與較低的傳導損失而故意地被減少。此就30〇 伏特之說明性裝置係透過基體電阻係數、緩衝層電阻係數 與厚度之控制與減少及接合承裝環氧樹酯層電阻係數與厚 度之減少而被完成。 較佳的是，下列之設計就300伏特IGBT被運用： 基體電阻係數< 1 Omohm 緩衝層電阻係數：0.05至〇.丨ohmcm 緩衝層厚度·· 8μπι Epi層電阻係數：
Epi層厚度：31至37μηι 圖式簡單說明 第1圖為本發明之起動晶圓的小部分斷面圖。 第2圖為本發明之IGBT晶圓（或由該晶圓被單體化之 IGBT晶粒）以300伏特裝置為目標的各種層之集中圖。 第3圖為在慣常之顯示晶粒或晶圓頂端的完成後溝渠 式MOS閘結構的完成後之IGBT的斷面圖。 實施方式;j 較佳實施例之詳細說明 第1與2圖顯不本發明之起動晶圓（或晶粒），其被組配以 1321359 SOA為代價來產生最大化的切斷速度及最小化的傳導損 因而在第1與2圖中，晶圓10具有一+基體一環氧 樹醋成長之漂移層13在擴散至基體11内的一Ν+緩衝層12上 5被成長，此全部使用習知且慣常之處理技術。裝置接合與 溝渠在漂移層Π中被形成。然而’其特定之維度與電阻係 數被選用以施行改善的切斷速度與傳導損失而使能用以如 PDP顯示器之高電容負載WGBT裝置就特定應用具有減小 的碎晶粒面積。 ⑺ 因而就300伏特之IGBT而言，下列之特徵被選用. 基體11之電阻係數：<10mohmem 緩衝層12之電阻係數：0.05-0.1 〇hm cm 緩衝層12之厚度：8μιη 漂移層13之電阻係數：14-18 ohm cm 15 漂移層13之厚度：31-37μιη 第3圖顯示在溝渠、接合與接點在第1與2圖之晶圓（或 晶粒）上被形成後之完成後的IGBT。 因而，使用任何所欲之處理下，一N式溝渠承裝區19 被形成且承裝多個溝渠2〇、21、22，其在裝置活性區被形 20成’並分別包含聚矽閘極23、24、25，其用適合的閘極氧 化物與溝渠壁被隔離。溝渠2〇、21、22典型上為在裝置活 性區中被使用之任何所欲數目的溝渠。 溝渠20、21、22穿透p+通道擴散29。聚矽塊23、24與 25分別被帽形氧化物蓋住及N+射極區33、34與35以通常之 7 方式被提供。p+ +源極擴散接點40、4卜42與43亦被提供以 接觸鋁製源極接點45，其接觸射極區33、34與35及P +通道 30。 一個P +終止區60被形成並被氧化物層61覆蓋且在p+ + 區被連接至源極（或射極)45。然後源極45用Am Si層70與氮 化矽層71被鈍化。這些被蝕刻以對電極45曝現一接點區。 在頂端表面在第3圖中被完成後，晶圓之背面如顯示地 慣常地完成且集極接點80(A1/Ti/Ni/Ag)被施用至晶圓底部 表面。 注意’任何所欲之接合圖型與拓樸可被運用以不偏離 本發明地完成該晶粒。 雖然本發明已以其相關之特點實施例被描述，很多變 化與修改及其他使用將對熟習本技藝者變得明白的。所以 較佳的是本發明不會受限於此處之特定揭示。
L圖式簡單說明J 第1圖為本發明之起動晶圓的小部分斷面圖。 第2圖為本發明之IGBT晶圓（或由該晶圓被單體化之 IGBT晶粒）以300伏特裝置為目標的各種層之集中圖。 第3圖為在慣常之顯示晶粒或晶圓頂端的完成後溝渠 式MOS閘結構的完成後之IGBT的斷面圓 【主要元件符號說明】 10…晶圓 13...N-漂移層 U‘"P++基體 19···Ν式溝渠承裝區 12...Ν+緩衝層 20…溝渠 1321359
21…溝渠 35···Ν+射極區 22…溝渠 40 …Ρ+ +源極接點擴散 23…聚矽閘極 仆.屮+ +源極接點擴散 24…聚矽閘極 42 …Ρ+ +源恭接點雛 25…聚石夕閘極 43 …Ρ+ +源極接點擴散 29…P+通道擴散 45···銘製源極接點；電極 30…帽形氧化物 60···Ρ+終止區 31…帽形氧化物 61…氧化物層 32…帽形氧化物 70…Am Si層 33···Ν+射極區 71…氣化珍層 34···Ν+射極區 80...集極接點
9

Claims (1)

1321359 第95136366號申請案申請專利範圍修正本 98. 03. 27. 十、申請專利範圍： 1· 一種絕緣閘雙極電晶體(IGBT)，其包含具有一頂端表面 與一底部表面之一矽晶粒；該晶粒有一P+ +基體層由該 底部表面延伸、一 N +緩衝層由該基體層之頂端延伸及一 5 漂移層由該緩衝層之頂端延伸至該頂端表面；該頂端 表面承裝一MOS閘結構與一頂端電力電極；多個P++區 域形成於該晶粒中且連接於該頂端電力電極，一個鄰接 於該等多個P+ +區域之一且經由該等多個P+ +區域之該 一者連接於該頂端電力電極之一P+終端區域；以及覆蓋 10 於該P+終端區域上且在一部份該頂端電力電極下延伸 之一個氧化層實體；該底部表面承裝一底部電力電極； 該P+ +基體具有小於約10 mohm cm之電阻係數；該缓衝 層具有約8μπι之厚度與在0.05至0.10 ohm cm範圍内之 電阻係數； 15 其申，該漂移層具有在31至37μηι範圍内之厚度與在14 至18 ohm cm範圍内之電阻係數。 2. 如申請專利範圍第1項所述之IGBT，其中該MOS閘結構 包括多個溝渠與一溝渠拓樸。 3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該IGBT為一 2〇 300伏特的IGBT，具有被最小化之切斷時間、最大化之 傳導電流能力、及故意被減小之安全作業區（SOA)。 4. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中該IGBT為一 300伏特的IGBT，具有被最小化之切斷時間、最大化之 傳導電流能力、及故意被減小之SOA。 10 132*1359 5. —種適應於配合高電容之電漿顯示器面板負載使用的 絕緣閘雙極電晶體(IGBT)，該IGBT包含具有一頂端表 面與一底部表面之一矽晶粒；該晶粒有一P+ +基體層由 該底部表面延伸、一 N+緩衝層由該基體層之頂端延伸及 5
10 一：ΝΓ漂移層由該緩衝層之頂端延伸至該頂端表面；該頂 端表面承裝一MOS閘結構與一頂端電力電極；多個P+ + 區域形成於該晶粒中且連接於該頂端電力電極，一個鄰 接於該等多個P+ +區域之一且經由該等多個P+ +區域之 該一者連接於該頂端電力電極之一P+終端區域；以及覆 蓋於該P+終端區域上且在一部份該頂端電力電極下延 伸之一個氧化層實體；該底部表面承裝一底部電力電 極；該P+ +基體具有小於約10 mohm cm之電阻係數；該 緩衝層具有約8μιη之厚度與在0.05至0.10 ohm cm範圍 内之電阻係數； 15
20 其中，該漂移層具有在31至37μιη範圍内之厚度與在14 至18 ohm cm範圍内之電阻係數。 6. 如申請專利範圍第5項所述之IGBT，其中該MOS閘結構 包括多個溝渠與一溝渠拓樸。 7. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該IGBT為一 300伏特的IGBT，具有被最小化之切斷時間、最大化之 傳導電流能力、及故意被減小之SOA。 8. 如申請專利範圍第7項所述之IGBT，其中該漂移層具有 的厚度在31至37μιη之範圍内及電阻係數在14至18 ohm cm之範圍内。 11 1321359 9. 如申請專利範圍第7項所述之IGBT，其中該MOS閘結構 包括多個溝渠與一溝渠拓樸。 10. 如申請專利範圍第8項所述之IGBT，其中該MOS閘結構 包括多個溝渠與一溝渠拓樸。 5 11.如申請專利範圍第1項所述之IGBT，其中該N-漂移層為 環氧樹酯成長之矽且以300伏特的崩潰電壓為目標。 12. 如申請專利範圍第11項所述之IGBT，其中該MOS閘結 構包括多個溝渠與一溝渠拓樸。 13. 如申請專利範圍第1項所述之IGBT，其進一步包含覆蓋 10 於該部份該頂端電力電極上之一個氮化矽層。 14. 如申請專利範圍第13項所述之IGBT，其進一步包含配 置於該氮化矽層及該頂端電力電極間之一矽層。 15. 如申請專利範圍第5項所述之IGBT，其進一步包含覆蓋 於該部份該頂端電力電極上之一個氮化矽層。 15 I6·如申請專利範圍第15項所述之IGBT，其進一步包含配 置於該氮化矽層及該頂端電力電極間之一矽層。 12
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