IGBT芯片制造工艺流程

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。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

由于绝缘栅双极型晶体管（insulatedgatebipolartransistor，简称为igbt）低开关损耗、简单的门极控制、优良的开关可控性等优点，在工业变频、大功率机车牵引和电网中广泛应用。自上世纪80年代发明以来，igbt的纵向结构经历了从穿通型、非穿通型到软穿通型的发展，单位面积芯片可处理的功率密度越来越大。尤其是采用透明集电极技术的igbt芯片，由于不需要再采用载流子寿命控制技术，其通态压降具有正温度系数，容易实现多芯片并联使用，目前通过多芯片并联的igbt模块的最大通流能力已经达到3000a以上，在高电压领域作为开关器件的优势地位越来越明显。

现有技术中，在igbt芯片过电流关断过程中，电子电流逐渐减小，空穴电流占比较通态时高出很多。在空穴电流流经n+区下方区的电阻rs时产生的电压降vbi提高，容易导致寄生pnp管的开启发生闩锁，导致栅极控制失效，芯片烧毁。另一方面，在高压直流断路器工况中，igbt芯片在关断前需要承受2～3毫秒，峰值电流高达4～5倍额定电流的电流冲击，而常规的igbt器件要求过电流关断能力为额定电流的2～3倍左右，在此过程中，芯片结温有大幅提升，更容易发生动态闩锁。此外，在igbt芯片的整体结构中，围绕有源区的结终端位置，在导通时有大量的空穴注入，在关断过程中，该部分的空穴都集中通过有源区边缘的元胞，导致电流密度集中和动态闩锁的发生。

IGBT芯片制造工艺主要包括以下几个流程：

晶圆生长：使用CZ（Czochralski）方法，利用单晶硅棒作为原料，将硅晶体生长到所需的尺寸和厚度。

晶圆切割：将生长好的硅晶体切割成薄片，即晶圆，一般的晶圆直径为2-12英寸。

清洗处理：对晶圆进行多次清洗，以去除表面的杂质和污染物。

光刻工艺：将芯片的电路图案通过光刻技术转移到晶圆表面，以制作出芯片的结构。

薄膜沉积：利用物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等技术，在晶圆表面上沉积多层不同材料的薄膜，以制作出芯片的电路和结构。

电离辐射（离子注入）：利用离子注入技术，在芯片表面上注入不同类型和浓度的杂质原子，以形成芯片的PN结。

退火和氧化：对芯片进行退火和氧化处理，以增加PN结的稳定性和耐压能力。

金属化：在芯片表面上涂覆金属，并使用化学蚀刻技术制作金属线路和连接器，以实现芯片的电路连接和控制。

分离和封装：将晶圆切割成单个芯片，并进行封装和测试，以制成成品的IGBT芯片。

以上是IGBT芯片制造工艺的基本流程，其中每个流程都需要高度的技术和设备支持，以保证芯片质量和性能的稳定和可靠。