[实用新型]一种场限环结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术，更具体地说，涉及一种IGBT的结终端结构及其制造方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)是新型的大功率器件，它集MOSFET栅极电压控制特性和双极型晶体管低导通电阻特性于一身，改善了器件耐压和导通电阻相互牵制的情况，具有高电压、大电流、高频率、功率集成密度高、输入阻抗大、导通电阻小、开关损耗低等优点。在变频家电、工业控制、电动及混合动力汽车、新能源、智能电网等诸多领域获得了广泛的应用空间。

而要确保IGBT高电压的一个重要前提条件是优良的终端保护结构，目前广泛用于高压(2500V及其以上)IGBT的终端保护结构主要是场限环(FLR)和结终端延伸结构(JTE)。

如图1所示，场限环结构(以p型沟道为例说明)主要包括内图的分压保护区101和外图的沟道截止环102，分压区包括主结区104和场限环105、106(以包括两个场限环的结构为例，p1环105和p2环106)，主结区104与场限环105、106间隔排列，他们具有相同的扩散深度和掺杂浓度，分压保护区101和沟道截止区102都形成在N^-的衬底(漂移区)105中。当偏压加在电极103上时，随着所加偏压的增大，耗尽层沿着主结区104向场限环的方向向外延伸，主结区104和p1环105距离的选取为主结在雪崩击穿之前，p1环105穿通，这样就减小了主结附近的最大电场，偏压的继续增加由p1环105承担，直到耗尽层穿通了p2环106。

然而随着对击穿电压要求的提高，需要场限环结构能够提供更高的击穿电压，通常地，通过增加场限环的个数来提高击穿电压，但这样会增加所占芯片总面积，不利于提高IGBT器件的集成度，提高了制造成本。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种场限环结构，在较少的场限环个数下通过优化场限环间的电场分布，从而提高击穿电压并减小面积，降低制造成本。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了如下技术方案：

一种场限环结构，包括第一导电类型的衬底、衬底内的第二导电类型的主结区以及第二导电类型的场限环，，z轴方向为主结区及场限环的长度方向，其特征在于，在主结区与相邻场限环之间以及各相邻场限环之间的衬底内、沿z轴方向上形成有PIN结构。

可选地，所述PIN结构的中间层为第一导电类型的衬底，所述PIN结构的第一导电类型层和第二导电类型层为在衬底中形成的PIN掺杂区。

可选地，所述PIN掺杂区的结深小于主结区和场限环的结深。

可选地，所述PIN结构的第一导电类型层的掺杂浓度高于衬底浓度，所述PIN结构的第二导电类型层的掺杂浓度低于主结区和场限环的掺杂浓度。。

可选地，所述PIN掺杂区的宽度为相邻场限环间的距离。

可选地，还包括：覆盖衬底表面上的钝化层。

可选地，所述钝化层包括氧化物层和半绝缘多晶硅层。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本实用新型实施例的用于IGBT的场限环结构的结终端结构，通过在主结区与场限环间以及相邻场限环之间形成PIN结构，使得该终端结构的表面电场在z轴方向上延展，场限环之间的电场分布形状呈矩形，不再是传统的场限环结构中的三角形，降低了电场峰尖。而由于相邻场限环承受的电压是电场分布所围成的面积，因此矩形的电场分布大大提高了相邻场限环承受的电压，实现了在相对较小的终端面积下具有较高的击穿电压。

此外，终端结构的表面具有半绝缘多晶硅层的钝化结构，屏蔽界面电荷，改善电场分布，保证击穿电压的同时提高了可靠性。

附图说明

通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为用于IGBT终端保护的场限环结构的示意图；

图2为根据本实用新型实施例的场限环结构的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。