[發明專利]IGBT器件的終端結構

在審

• 申請號: 201610025475.5
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105679815A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 蔣章;劉須電;繆進征
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/40
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及半導體器件制造領域，特別是指一種IGBT器件的終端結構。

背景技術

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極 型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,其 開關速度雖較功率MOS低，但遠高于BJT，又因是電壓控制器件，控制電路簡單，穩定 性好，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。具有MOS輸入、 雙極輸出功能的MOS、雙極相結合的特點，現已成為電力電子領域的新一代主流產品。

IGBT作為一種雙極器件，相比MOSFET單極型器件而言，雙極型器件在魯棒性方面 設計優化更為關鍵，尤其是容易產生電流集中和電流絲的終端部分。傳統IGBT終端設 計一般采用多重浮空場環或場環與場板結合的結構，如圖1及圖2所示，分別是不帶場 板和帶場板的終端結構。此結構具有與平面工藝兼容，制作簡單等優勢。圖3是傳統結 構的電場沿表面分布示意圖，其中場環的摻雜濃度較高，同時由于傳統的IGBT器件終 端結構出于器件占用面積的考慮，簡單地將多重場環之間的間距設為等間距，對于電場 強度的分布優化不強。

傳統設計的終端應用在場終止IGBT時，發現場終止IGBT的靜態雪崩擊穿能力很弱， 容易發生器件剛剛到達擊穿點時電流發生閃回的現象，如圖4所示，進而發現器件已經 燒毀，表現為在器件邊角靠近主結的局部硅熔融，如圖5所示，可以預見這是所謂的電 流集中或電流絲引起的，其機理與負微分電阻有關。

終端設計優化的目標是采用一系列間距和寬度組合的場環或場板，使得各場環邊緣 的電場強度相等，同時使得各個場環的寬度最小并不影響到各個場環提高柱面結擊穿電 壓的有效性，以此得到的終端面積最小。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種IGBT器件的終端結構，具有較高的靜態雪 崩擊穿能力。

為解決上述問題，本發明所述的IGBT器件的終端結構，包含有硅襯底中的多個浮 空的場環，以及場氧、場板；所述的場環為離子注入形成，場環與襯底互為相對的導電 類型以形成PN結；多重的場環形成多個封閉的環形或跑道型；所述場氧覆蓋在場環之 間的硅襯底上，所述的場板覆蓋在場環及場環之間的場氧之上，所述的場環的摻雜濃度 為1E15～1E17/CM³；場環之間的間距是調整到使中間區域的場環的柱面結電場高于其他 場環的柱面結電場。

進一步地，所述的終端結構，或者沒有場板，僅有多重場環。

進一步地，所述的多重場環，最內側的場環與襯底形成的PN結為主結，其連接金 屬，電勢為地電位。

本發明所述的IGBT器件的終端結構，通過施行較常規摻雜(1E17～1E19/CM³)更淡 的摻雜(1E15～1E17/CM³)來形成浮空場環，每個浮空場環都可以形成鎮流電阻的效果， 降低電流絲形成的可能，使器件靜態雪崩擊穿能力得到提高。同時，本發明通過調整終 端場環之間的間距，使靠近終端中間區域的場環的柱面結電場高于終端其他場環的柱面 結電場，這樣使得電流絲的形成位置位于終端中間區域，產生的雪崩電流在向主結傳播 的過程中不斷衰減，抑制了電流絲的產生。

附圖說明

圖1是傳統IGBT器件不帶場板的終端結構示意圖；

圖2是傳統IGBT器件帶場板的終端結構示意圖；

圖3是終端結構電場沿表面分布示意圖；

圖4是IGBT器件電流-電壓特性曲線；

圖5是IGBT局部硅熔融顯微圖；

圖6是本發明終端結構電場沿表面分布示意圖；

圖7是本發明IGBT器件電流-電壓特性曲線。

具體實施方式