[实用新型]一种IGBT终端结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体器件，具体涉及一种IGBT终端结构。

背景技术

由于IGBT低开关损耗、简单的门极控制、优良的开关可控性等优点，在家电变频控制、工业控制、机车传动、电力电子装置以及新能源电网接入中得到广泛应用。自上世纪80年代实用新型以来，IGBT的纵向结构经历了从穿通型、非穿通型到软穿通型的发展，元胞结构经历了从平面栅到沟槽栅的发展；芯片可处理的功率密度越来越大，而损耗反而降低，使其在高电压领域作为开关器件的优势地位越来越明显。

在IGBT制造过程中，扩散是在光刻掩膜开窗后进行，在窗口中间区域的PN结近似于平面结，而在PN的边角处为柱面结或球面结，根据电场的泊松方程计算，在边缘区域的电场强度比中间区域高，PN结的击穿电压只有平面结的10～30%.为提高器件的击穿低压，必须在芯片的边缘区域设计终端结构，使边缘区域的电场强度降低。

目前采用的终端技术主要有场限环技术、场板技术、结终端扩展技术和横向变掺杂技术等，其中国际上著名厂商采用的有四台阶复合场板结构（英飞凌），其四台阶中厚绝缘层工艺复杂，与传统工艺难兼容；场限环场板结构（APT，富士电机），其终端尺寸大、效率偏低，同样芯片面积条件下，器件的通流能力小；结终端扩展结构（ABB，东芝）和横向变掺杂结构（英飞凌），两者的反向漏电流和结电容比较大，并且对表面电荷比较敏感。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种IGBT终端结构，该IGBT终端结构根据半导体柱面PN结在反向偏置时的耗尽理论，在P型场限环的外侧增加一个结深比场限环浅的P型环，使PN结在反偏时耗尽层进一步扩展，减小柱面结位置的电场强度，最终实现终端效率和可靠性的提高。对于此终端结构的制造方法，结合IGBT元胞的工艺流程，和元胞区的P阱注入使用同一块掩膜版，在P阱注入完成该区域的注入掺杂。

本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：

本实用新型提供一种IGBT终端结构，所述IGBT终端结构与IGBT有源区相连接，所述IGBT终端结构包括N型单晶硅片01、P型场限环022、场氧化层03、栅氧化层05、多晶硅层06、硼磷硅玻璃07以及金属层08，所述P型场限环022位于N型单晶硅片01中，所述场氧化层03和栅氧化层05并行排列，均位于N型单晶硅片01的表面，所述多晶硅层06位于场氧化层03表面，所述硼磷硅玻璃07位于场氧化层03的表面并延伸至多晶硅层06和栅氧化层05的表面，在硼磷硅玻璃07刻蚀有金属连接孔，所述金属层08通过金属连接孔与所述P型场限环022及多晶硅层06连接；

其改进之处在于，在P型场限环022的外侧设有结深小于P型场限环022的P型环041。

进一步地，所述P型场限环022的注入杂质为硼，注入剂量为5E13～1E15/cm²；所述场氧化层03的厚度为1.0～1.5um；所述多晶硅层06的厚度为0.5～1.0um，所述硼磷硅玻璃的厚度为1.0～2.0um，所述金属层08的厚度为2.0～4.2um。

进一步地，所述P型环041的注入杂质为硼，注入剂量为3E13～1E14/cm²。

进一步地，所述场氧化层03的厚度大于栅氧化层05的厚度，所述栅氧化层05的厚度为1.0～1.5um。

与现有技术比，本实用新型达到的有益效果是：

1、本实用新型的终端结构使PN结在反偏时耗尽层进一步扩展，减小柱面结位置的电场强度，最终实现终端效率和可靠性的提高。对于此终端结构的制造方法，结合IGBT元胞的工艺流程，和元胞区的P阱注入使用同一块掩膜版，在P阱注入完成该区域的注入掺杂。

2、本实用新型提供的终端结构形成不需要额外的工艺流程，在制造成本不增加的条件下，实现终端效率和可靠性的提高。

3、本实用新型提供的终端结构使终端面积减小5%～10%；与现有工艺兼容，不增加工艺步骤。

4、本实用新型提供的终端结构在柱面结处电场强度进一步降低，有利于提高器件的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型提供的IGBT终端结构的示意图；

图2是本实用新型提供的IGBT终端结构的制造流程图；

图3是本实用新型提供的具体实施方式的P型场限环制作示意图；

图4是本实用新型提供的具体实施方式的P型场限环推结和场氧化层制作示意图；