IGBT芯片7代技术及工艺发展史

时间： 2024-01-08 来源：芯长征科技公众号

自20世纪80年代发展至今，IGBT芯片经历了7代技术及工艺的升级，从平面穿通型（PT）到微沟槽场截止型，IGBT从芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标都进行了不断的优化，断态电压从600V提高到7000V，关断时间从0.5微秒降低至0.12微秒，工艺线宽由5μm降低至0.3μm。

此外，由于IGBT产品对可靠性和质量稳定性要求较高，下游客户认证周期较长，所以产品的生命周期较一般集成电路产品较长，对不同代际的IGBT产品，由于性能和需求差异导致应用领域略有不同，目前市场上应用最广泛的仍是IGBT第4代工艺产品。

PT是最初代的IGBT，使用重掺杂的P+衬底作为起始层，在此之上依次生长N+buffer，N-base外延，最后在外延层表面形成元胞结构。工艺复杂，成本高，饱和压降呈负温度系数，不利于并联，在80年代后期逐渐被NPT取代，目前IGBT产品已不使用PT技术。

NPT与PT不同在于，它使用低掺杂的N-衬底作为起始层，先在N-漂移区的正面做成MOS结构，然后用研磨减薄工艺从背面减薄到IGBT电压规格需要的厚度，再从背面用离子注入工艺形成P+collector。在截止时电场没有贯穿N-漂移区，NPT不需要载流子寿命控制，但它的缺点在于，如果需要更高的电压阻断能力，势必需要电阻率更高且更厚的N-漂移层，这意味着饱和导通电压Vce(sat)也会随之上升，从而大幅增加器件的损耗与温升。

沟槽型IGBT中，电子沟道垂直于硅片表面，消除了JFET结构，增加了表面沟道密度，提高近表面载流子浓度，从而使性能更加优化。得益于场截止以及沟槽型元胞，IGBT3的通态压降更低，工作结温125℃较2代没有太大提升，开关性能优化。

IGBT4是目前使用最广泛的IGBT芯片技术，电压包含600V，1200V，1700V，电流从10A到3600A。4代较3代优化了背面结构，漂移区厚度更薄，背面P发射极及Nbuffer的掺杂浓度及发射效率都有优化。同时，最高允许工作结温从第3代的125℃提高到了150℃增加了器件的输出电流能力。

IGBT使用厚铜代替了铝，铜的通流能力及热容都远远优于铝，因此IGBT5允许更高的工作结温及输出电流。同时芯片结构经过优化，芯片厚度进一步减小。

6代是4代的优化，器件结构和IGBT4类似，但是优化了背面P+注入，从而得到了新的折衷曲线。IGBT6目前只在单管中有应用。

IGBT7沟道密度更高，元胞间距也经过精心设计，并且优化了寄生电容参数，从而实现5kv/μs下的最佳开关性能。IGBT7Vce(sat)相比IGBT4降低20%，可实现最高175℃的暂态工作结温。

文章来源：功率半导体生态圈

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型号- RGSX5TS65HR,RGS30TSX2DHR,RGWS SERIES,MG7110WZ,RGTH40TS65,RGW40TK65,MG6404WZ,RGS60TS65DHR,MH2106WZ,RGW40TS65,RGSX5TS65DHR,MG6307WZ,RGS30TSX2D,MG7107WZ,MH2204WZ,RGTH60TS65D,MG6405WZ,RGTH40TK65,MG7215WZ,RGT40TS65D,RGW80TS65,RGW80TK65,RGT50TM65D,RGW60TS65D,RGTV60TS65D,RGT50NS65D,MG6403WZ,RGCL SERIES,RGS80TSX2HR,SG6610WN,MG6306WZ,RGTH80TS65,MG6305WZ,RGT40TM65D,RGCL80TK60,RGS30TSX2,RGTVX2TS65D,RGS00TS65DHR,RGPR20BM36HR,RGW00TS65D,MG7106WZ,MH2203WZ,RGTH80TK65,RGCL80TS60,RGS80TSX2DHR,RGWS80TS65D,RGPZ10BM40FH,RGT20NL65D,MG7216WZ,RGTH80TK65D,RGWS80TS65,RGS80TS65HR,RGTH50TS65D,RGW60TS65HR,RGW50TK65D,RGS80TS65DHR,RGS80TSX2,RGW00TS65,RGTVX6TS65,RGT30TM65D,RGW80TS65D,MH2206WZ,RGWX5TS65D,RGC,RGPR10BM40FH,RGTV80TK65,RGCL80TK60D,RGS50TSX2DHR,RGTV80TS65,RGTV00TS65D,MG7213WZ,RGT,RGS,RGT20NL65,RGWX5TS65DHR,RGW,RGCL60TK60D,RGPR30BM40HR,MH2107WZ,RGTVX6TS65D,RGTH40TS65D,RGT00TS65D,RGS80TSX2D,MG6308WZ,RGSX5TS65EHR,RGPR20NS43HR,MG7104WZ,RGWSX2TS65D,SG7110WN,RGW40TK65D,MH2205WZ,RGW00TK65,RGS00TS65HR,RGW60TS65,RGT16BM65D,RGT16TM65D,MG7214WZ,RGW60TK65,RGTV80TK65D,RGW50TS65,MG7901WZ,RGW50TK65,RGC SERIES,RGWX5TS65HR,RGW00TS65DHR,MH2208WZ,RGTH50TS65,RGT20TM65D,MH2101WZ,RGWS00TS65D,RGW80TS65DHR,RGT8NS65D,RGPR50NL45HRB,RGTH60TK65D,RGT40NL65D,RGW□80TS65DHR,RGWS60TS65D,RGTH00TK65D,RGTH SERIES,RGT30NS65D,MG7211WZ,RGTVX2TS65,RGW SERIES,RGTV60TK65D,RGT16NL65D,RGS50TSX2D,RGTH,RGTV,RGC80TSX8R,RGW60TK65D,RGW00TK65D,RGS SERIES,RGS30TSX2HR,RGTH50TK65,RGW00TS65CHR,MG7102WZ,MH2207WZ,RGW60TS65EHR,RGT40NS65D,MG7209WZ,RGW80TS65CHR,SH2102WN,RGTH80TS65D,RGCL,RGS60TS65HR,RGWX5TS65EHR,MG7405WZ,MG7212WZ,RGT80TS65D,RGPZ30BM56HR,RGPR20NL43HR,RGW00TS65HR,RGT50TS65D,MG6402WZ,RGW80TS65HR,RGSX5TS65E,RGT30NL65D,MH2104WZ,MG7109WZ,RGW80TK65E,RGW80TK65D,MH2201WZ,RGPR30NS40HR,MG6304WZ,RGS00TS65EHR,RGW60TS65DHR,RGW50TS65D,RGCL60TS60,RGT8TM65D,RGS50TSX2,RGCL60TK60,SH2103WN,RGCL80TS60D,RGTV00TK65D,RGT8BM65D,RGTH00TS65D,RGTV SERIES,RGTV60TS65,RGTV00TK65,RGWX5TS65,RGTV00TS65,RGT8NL65D,RGTH00TK65,MG7902WZ,RGTV60TK65,RGTH60TK65,RGT60TS65D,RGT16NS65D,MG6401WZ,RGT SERIES,RGT20NS65D,RGS50TSX2HR,MH2103WZ,RGWS60TS65,RGWSX2TS65,RGW00TS65EHR,SG6612WN,RGTH40TK65D,RGW60TS65CHR,MG6303WZ,MH2209WZ,MG7108WZ,RGT50NL65D,MH2102WZ,RGW80TS65EHR,RGWS00TS65,MG7210WZ,RGW40TS65D,RGCL60TS60D,SH2104WN,RGTV80TS65D,RGTH60TS65,RGTH50TK65D,RGWS,RGPR30BM56HR,RGTH00TS65

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