[发明专利]IGBT器件的终端结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别是指一种IGBT器件的终端结构。

背景技术

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极 型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,其 开关速度虽较功率MOS低，但远高于BJT，又因是电压控制器件，控制电路简单，稳定 性好，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。具有MOS输入、 双极输出功能的MOS、双极相结合的特点，现已成为电力电子领域的新一代主流产品。

IGBT作为一种双极器件，相比MOSFET单极型器件而言，双极型器件在鲁棒性方面 设计优化更为关键，尤其是容易产生电流集中和电流丝的终端部分。传统IGBT终端设 计一般采用多重浮空场环或场环与场板结合的结构，如图1及图2所示，分别是不带场 板和带场板的终端结构。此结构具有与平面工艺兼容，制作简单等优势。图3是传统结 构的电场沿表面分布示意图，其中场环的掺杂浓度较高，同时由于传统的IGBT器件终 端结构出于器件占用面积的考虑，简单地将多重场环之间的间距设为等间距，对于电场 强度的分布优化不强。

传统设计的终端应用在场终止IGBT时，发现场终止IGBT的静态雪崩击穿能力很弱， 容易发生器件刚刚到达击穿点时电流发生闪回的现象，如图4所示，进而发现器件已经 烧毁，表现为在器件边角靠近主结的局部硅熔融，如图5所示，可以预见这是所谓的电 流集中或电流丝引起的，其机理与负微分电阻有关。

终端设计优化的目标是采用一系列间距和宽度组合的场环或场板，使得各场环边缘 的电场强度相等，同时使得各个场环的宽度最小并不影响到各个场环提高柱面结击穿电 压的有效性，以此得到的终端面积最小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种IGBT器件的终端结构，具有较高的静态雪 崩击穿能力。

为解决上述问题，本发明所述的IGBT器件的终端结构，包含有硅衬底中的多个浮 空的场环，以及场氧、场板；所述的场环为离子注入形成，场环与衬底互为相对的导电 类型以形成PN结；多重的场环形成多个封闭的环形或跑道型；所述场氧覆盖在场环之 间的硅衬底上，所述的场板覆盖在场环及场环之间的场氧之上，所述的场环的掺杂浓度 为1E15～1E17/CM³；场环之间的间距是调整到使中间区域的场环的柱面结电场高于其他 场环的柱面结电场。

进一步地，所述的终端结构，或者没有场板，仅有多重场环。

进一步地，所述的多重场环，最内侧的场环与衬底形成的PN结为主结，其连接金 属，电势为地电位。

本发明所述的IGBT器件的终端结构，通过施行较常规掺杂(1E17～1E19/CM³)更淡 的掺杂(1E15～1E17/CM³)来形成浮空场环，每个浮空场环都可以形成镇流电阻的效果， 降低电流丝形成的可能，使器件静态雪崩击穿能力得到提高。同时，本发明通过调整终 端场环之间的间距，使靠近终端中间区域的场环的柱面结电场高于终端其他场环的柱面 结电场，这样使得电流丝的形成位置位于终端中间区域，产生的雪崩电流在向主结传播 的过程中不断衰减，抑制了电流丝的产生。

附图说明

图1是传统IGBT器件不带场板的终端结构示意图；

图2是传统IGBT器件带场板的终端结构示意图；

图3是终端结构电场沿表面分布示意图；

图4是IGBT器件电流-电压特性曲线；

图5是IGBT局部硅熔融显微图；

图6是本发明终端结构电场沿表面分布示意图；

图7是本发明IGBT器件电流-电压特性曲线。

具体实施方式