[實用新型]一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220657945.7
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN203071079U
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙哿;高明超;劉江;金銳
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L29/40
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及電力電子領(lǐng)域的功率器件，具體涉及一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片。

背景技術(shù)

IGBT（絕緣柵型雙極晶體管）芯片同時具有單極性器件和雙極性器件的優(yōu)點，驅(qū)動電路簡單，控制電路功耗和成本低，通態(tài)壓降低，器件自身損耗小，是未來高壓大電流的發(fā)展方向。

終端區(qū)環(huán)繞在元胞周圍，提高元胞區(qū)表面區(qū)域的臨界擊穿電場。在元胞的制造工藝過程中，擴(kuò)散是在光刻掩膜開窗口后進(jìn)行，P-N結(jié)中間近似于平面結(jié)，而在邊角處P-N結(jié)發(fā)生彎曲，近似于柱面或球面，由于P-N結(jié)邊角的位置存在曲率，使表面處的電場比體內(nèi)高，當(dāng)臨界擊穿電場一定時，是最容易發(fā)生擊穿的位置；而且，平面工藝使表面產(chǎn)生的缺陷和離子沾污降低了表面區(qū)域的臨界擊穿電場。亟需設(shè)計一定的終端結(jié)構(gòu)對表面電場進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到提高表面擊穿電壓的目的。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，本實用新型在能夠保證器件耐壓性能（包括600V至6500V的IGBT器件）的同時，還縮小終端保護(hù)區(qū)域的面積，降低成本。

本實用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，所述IGBT芯片包括終端保護(hù)結(jié)構(gòu)，其改進(jìn)之處在于，所述終端保護(hù)結(jié)構(gòu)包括P型連續(xù)場限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級場板結(jié)構(gòu)；將所述P型連續(xù)場限環(huán)結(jié)構(gòu)與多級場板結(jié)構(gòu)通過接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)和金屬電極互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行等電位連接。

其中，所述IGBT芯片包括均勻摻雜的N型單晶硅片襯底、場氧化膜、柵氧化膜、多晶硅結(jié)構(gòu)、有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)、有源區(qū)N區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)、有源區(qū)P型增強注入結(jié)構(gòu)、接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)、金屬電極互連結(jié)構(gòu)、鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)、P型摻雜區(qū)域背面結(jié)構(gòu)和背面金屬結(jié)構(gòu)；

所述有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)分別與P型連續(xù)場限環(huán)結(jié)構(gòu)和有源區(qū)P型增強注入結(jié)構(gòu)連接；所述有源區(qū)P型增強注入結(jié)構(gòu)與金屬電極互連結(jié)構(gòu)連接形成IGBT的發(fā)射極；所述金屬電極互連結(jié)構(gòu)分別與多晶硅結(jié)構(gòu)、有源區(qū)P阱摻雜結(jié)構(gòu)的P型場限環(huán)和有源區(qū)P型增強注入結(jié)構(gòu)的P型場限環(huán)連接形成多級場板結(jié)構(gòu)，其中一級為柵氧化膜；另一級為場氧化膜；還一級為場氧化膜和接觸孔電極互連結(jié)構(gòu)隔離氧化膜結(jié)構(gòu)；

所述終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的P型連續(xù)場限環(huán)結(jié)構(gòu)、多級場板結(jié)構(gòu)和鈍化保護(hù)結(jié)構(gòu)均在均勻摻雜的N型單晶硅片襯底上；所述P型摻雜區(qū)域背面結(jié)構(gòu)和背面金屬結(jié)構(gòu)均在均勻摻雜的N型單晶硅片襯底背面。

其中，所述P型連續(xù)場限環(huán)結(jié)構(gòu)的連續(xù)個數(shù)為4個到16個，根據(jù)不同電壓等級進(jìn)行調(diào)整；所述多級場板結(jié)構(gòu)的多級場板個數(shù)為3個。

其中，所述P型連續(xù)場限環(huán)結(jié)構(gòu)為均勻摻雜的N型單晶硅片，在均勻摻雜的N型單晶硅片表面覆蓋有絕緣截止層。

其中，所述絕緣截止層為1.0-1.5um的場氧化膜。

其中，所述多級場板結(jié)構(gòu)為均勻摻雜的N型單晶硅片，在均勻摻雜的N型單晶硅片表面覆蓋有氧化層。

其中，所述氧化層為0.1-0.2um的柵氧化膜。

其中，所述P型連續(xù)場限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級場板結(jié)構(gòu)均包含在IGBT芯片的終端區(qū)。

其中，所述接觸孔結(jié)構(gòu)包括隔離氧化膜的生長，刻蝕，和金屬的淀積；所述金屬或為鋁。

其中，包含所述P型連續(xù)場限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級場板結(jié)構(gòu)的終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片承受的電壓范圍為600V-6500V。

與現(xiàn)有技術(shù)比，本實用新型達(dá)到的有益效果是：

1、本實用新型提供一種具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，縮小終端保護(hù)區(qū)域的面積，降低芯片成本。

2、本實用新型提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，在均勻摻雜的N型單晶硅片正面通過氧化、不同的光刻窗口、P場限環(huán)離子注入和退火工藝，實現(xiàn)終端區(qū)的P型連續(xù)場限環(huán)新型結(jié)構(gòu)的同時摻雜，制造工藝簡單，易于實現(xiàn)，降低成本。

3、本實用新型提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，在端區(qū)的P型連續(xù)場限環(huán)的截止位置通過熱氧化場氧、熱氧化柵氧、淀積多晶硅、P阱離子注入和退火工藝，實現(xiàn)終端區(qū)的P型連續(xù)場限環(huán)新截止位置的延伸，利于后續(xù)連接多級場板的連接結(jié)構(gòu)與工藝。

4、本實用新型提供的具有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的IGBT芯片，通過熱氧化場氧、熱氧化柵氧、淀積多晶硅、淀積隔離氧化膜，光刻、刻蝕，在實現(xiàn)有源區(qū)元胞結(jié)構(gòu)的同時，形成終端區(qū)的多級場板結(jié)構(gòu)，并與最后一個P型連續(xù)場限環(huán)通過金屬相互連接，可以讓P型連續(xù)場限環(huán)結(jié)構(gòu)和多級場板結(jié)構(gòu)相互連接，共同耐受高電壓。