[實用新型]一種IGBT終端結構

有效

• 申請號: 201420122803.X
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN203746861U
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 王耀華;趙哿;李立
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院;國網北京市電力公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本實用新型涉及一種半導體器件，具體涉及一種IGBT終端結構。

背景技術

由于IGBT低開關損耗、簡單的門極控制、優良的開關可控性等優點，在家電變頻控制、工業控制、機車傳動、電力電子裝置以及新能源電網接入中得到廣泛應用。自上世紀80年代實用新型以來，IGBT的縱向結構經歷了從穿通型、非穿通型到軟穿通型的發展，元胞結構經歷了從平面柵到溝槽柵的發展；芯片可處理的功率密度越來越大，而損耗反而降低，使其在高電壓領域作為開關器件的優勢地位越來越明顯。

在IGBT制造過程中，擴散是在光刻掩膜開窗后進行，在窗口中間區域的PN結近似于平面結，而在PN的邊角處為柱面結或球面結，根據電場的泊松方程計算，在邊緣區域的電場強度比中間區域高，PN結的擊穿電壓只有平面結的10～30%.為提高器件的擊穿低壓，必須在芯片的邊緣區域設計終端結構，使邊緣區域的電場強度降低。

目前采用的終端技術主要有場限環技術、場板技術、結終端擴展技術和橫向變摻雜技術等，其中國際上著名廠商采用的有四臺階復合場板結構（英飛凌），其四臺階中厚絕緣層工藝復雜，與傳統工藝難兼容；場限環場板結構（APT，富士電機），其終端尺寸大、效率偏低，同樣芯片面積條件下，器件的通流能力小；結終端擴展結構（ABB，東芝）和橫向變摻雜結構（英飛凌），兩者的反向漏電流和結電容比較大，并且對表面電荷比較敏感。

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種IGBT終端結構，該IGBT終端結構根據半導體柱面PN結在反向偏置時的耗盡理論，在P型場限環的外側增加一個結深比場限環淺的P型環，使PN結在反偏時耗盡層進一步擴展，減小柱面結位置的電場強度，最終實現終端效率和可靠性的提高。對于此終端結構的制造方法，結合IGBT元胞的工藝流程，和元胞區的P阱注入使用同一塊掩膜版，在P阱注入完成該區域的注入摻雜。

本實用新型的目的是采用下述技術方案實現的：

本實用新型提供一種IGBT終端結構，所述IGBT終端結構與IGBT有源區相連接，所述IGBT終端結構包括N型單晶硅片01、P型場限環022、場氧化層03、柵氧化層05、多晶硅層06、硼磷硅玻璃07以及金屬層08，所述P型場限環022位于N型單晶硅片01中，所述場氧化層03和柵氧化層05并行排列，均位于N型單晶硅片01的表面，所述多晶硅層06位于場氧化層03表面，所述硼磷硅玻璃07位于場氧化層03的表面并延伸至多晶硅層06和柵氧化層05的表面，在硼磷硅玻璃07刻蝕有金屬連接孔，所述金屬層08通過金屬連接孔與所述P型場限環022及多晶硅層06連接；

其改進之處在于，在P型場限環022的外側設有結深小于P型場限環022的P型環041。

進一步地，所述P型場限環022的注入雜質為硼，注入劑量為5E13～1E15/cm²；所述場氧化層03的厚度為1.0～1.5um；所述多晶硅層06的厚度為0.5～1.0um，所述硼磷硅玻璃的厚度為1.0～2.0um，所述金屬層08的厚度為2.0～4.2um。

進一步地，所述P型環041的注入雜質為硼，注入劑量為3E13～1E14/cm²。

進一步地，所述場氧化層03的厚度大于柵氧化層05的厚度，所述柵氧化層05的厚度為1.0～1.5um。

與現有技術比，本實用新型達到的有益效果是：

1、本實用新型的終端結構使PN結在反偏時耗盡層進一步擴展，減小柱面結位置的電場強度，最終實現終端效率和可靠性的提高。對于此終端結構的制造方法，結合IGBT元胞的工藝流程，和元胞區的P阱注入使用同一塊掩膜版，在P阱注入完成該區域的注入摻雜。

2、本實用新型提供的終端結構形成不需要額外的工藝流程，在制造成本不增加的條件下，實現終端效率和可靠性的提高。

3、本實用新型提供的終端結構使終端面積減小5%～10%；與現有工藝兼容，不增加工藝步驟。

4、本實用新型提供的終端結構在柱面結處電場強度進一步降低，有利于提高器件的可靠性。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的IGBT終端結構的示意圖；

圖2是本實用新型提供的IGBT終端結構的制造流程圖；

圖3是本實用新型提供的具體實施方式的P型場限環制作示意圖；

圖4是本實用新型提供的具體實施方式的P型場限環推結和場氧化層制作示意圖；