[发明专利]一种具有终端保护结构的IGBT芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域的功率器件及其制造方法，具体涉及一种具有终端保护结构的IGBT芯片及其制造方法。

背景技术

IGBT（绝缘栅型双极晶体管）芯片同时具有单极性器件和双极性器件的优点，驱动电路简单，控制电路功耗和成本低，通态压降低，器件自身损耗小，是未来高压大电流的发展方向。

终端区环绕在元胞周围，提高元胞区表面区域的临界击穿电场。在元胞的制造工艺过程中，扩散是在光刻掩膜开窗口后进行，P-N结中间近似于平面结，而在边角处P-N结发生弯曲，近似于柱面或球面，由于P-N结边角的位置存在曲率，使表面处的电场比体内高，当临界击穿电场一定时，是最容易发生击穿的位置；而且，平面工艺使表面产生的缺陷和离子沾污降低了表面区域的临界击穿电场。亟需设计一定的终端结构对表面电场进行优化，以达到提高表面击穿电压的目的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有终端保护结构的IGBT芯片及其制造方法，本发明在能够保证器件耐压性能（包括600V至6500V的IGBT器件）的同时，还缩小终端保护区域的面积，降低成本。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种具有终端保护结构的IGBT芯片，所述IGBT芯片包括终端保护结构，其改进之处在于，所述终端保护结构包括P型连续场限环结构和多级场板结构；将所述P型连续场限环结构与多级场板结构通过接触孔电极互连结构和金属电极互连结构进行等电位连接；

所述P型连续场限环用于降低IGBT芯片电场，所述多级场板结构中的氧化层用于IGBT芯片的耐压。

其中，所述IGBT芯片包括均匀掺杂的N型单晶硅片衬底、场氧化膜、栅氧化膜、多晶硅结构、有源区P阱掺杂结构、有源区N区掺杂结构、有源区P型增强注入结构、接触孔电极互连结构、金属电极互连结构、钝化保护结构、P型掺杂区域背面结构和背面金属结构；

所述有源区P阱掺杂结构分别与P型连续场限环结构和有源区P型增强注入结构连接；所述有源区P型增强注入结构与金属电极互连结构连接形成IGBT的发射极；所述金属电极互连结构分别与多晶硅结构、有源区P阱掺杂结构的P型场限环和有源区P型增强注入结构的P型场限环连接形成多级场板结构，其中一级为栅氧化膜；另一级为场氧化膜；还一级为场氧化膜和接触孔电极互连结构隔离氧化膜结构；

所述终端保护结构的P型连续场限环结构、多级场板结构和钝化保护结构均在均匀掺杂的N型单晶硅片衬底上；所述P型掺杂区域背面结构和背面金属结构均在均匀掺杂的N型单晶硅片衬底背面。

其中，所述P型连续场限环结构的连续个数为4个到16个，根据不同电压等级进行调整；所述多级场板结构的多级场板个数为3个。

其中，所述P型连续场限环结构为均匀掺杂的N型单晶硅片，在均匀掺杂的N型单晶硅片表面覆盖有绝缘截止层。

其中，所述绝缘截止层为1.0-1.5um的场氧化膜。

其中，所述多级场板结构为均匀掺杂的N型单晶硅片，在均匀掺杂的N型单晶硅片表面覆盖有氧化层。

其中，所述氧化层为0.1-0.2um的栅氧化膜。

其中，所述P型连续场限环结构和多级场板结构均包含在IGBT芯片的终端区。

其中，所述接触孔结构包括隔离氧化膜的生长，刻蚀，和金属的淀积；所述金属或为铝。

其中，包含所述P型连续场限环结构和多级场板结构的终端保护结构的IGBT芯片承受的电压范围为600V-6500V。

本发明基于另一目的提供的一种具有终端保护结构的IGBT芯片的制造方法，其改进之处在于，所述制造方法包括下述步骤：

（一）制作IGBT芯片P型连续场限环结构；

（二）制作IGBT芯片场氧化膜结构；

（三）制作IGBT芯片栅极结构和占IGBT芯片面积20%的多级场板结构；

（四）制作IGBT芯片有源区结构和P型连续场限环的延伸结构；

（五）制作IGBT芯片电极互连结构；

（六）制作IGBT芯片钝化保护结构；

（七）制作IGBT芯片背面结构。

其中，所述步骤（一）中，对均匀掺杂的N型单晶硅片衬底进行高温氧化（950-1200摄氏度），在均匀掺杂的N型单晶硅片表面生长出注入掩膜，通过光刻版进行P型硼离子注入，再进行退火工艺，形成P型连续场限环结构，根据光刻窗口的不同，在退火后连续放入P型场限环。