[发明专利]一种横向元胞结构的功率器件终端结构及其制作方法

说明书

本发明提供了一种横向元胞结构的功率器件终端结构及其制作方法，以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为例，该结构包括衬底、背面掺杂区、正面掺杂区、隔离绝缘层、发射极、集电极、栅电极结构。本发明提供的一种横向元胞代替终端的垂直型功率芯片结构设计及其制作方法，将垂直型功率半导体器件原有的终端结构设计为横向器件结构，可以有效利用终端面积形成额外的通流区域，增加芯片的通流能力。

技术领域

本发明涉及一种导体芯片结构，具体涉及一种横向元胞结构的功率半导体芯片结构及其制作方法。

背景技术

功率半导体芯片(如IGBT、MOSFET、MCT等)由有源区和终端区组成，有源区为芯片的主要通流区域，为降低半导体芯片表面电场而设计的耐压结构终端区环绕在有源区外围。有源区和终端区的过渡区域，环绕芯片一周为栅汇流条，用来将栅PAD信号均匀传送到每个元胞处。

以目前常见的IGBT为例，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)器件的结构与功率MOSFET(metallic oxide semiconductor fieldeffecttransistor金属氧化物半导体场效应晶体管)的结构十分相似，主要差异是IGBT用P+基片取代了MOSFET的N+缓冲层，P+和N-区之间创建了一个PN结。共有三个极：栅极G、发射极E和集电极C。IGBT器件是电压全控型器件，除了具有低功耗、高频率、高电压、大电流等优点外，其需要的驱动电路与控制电路简单，驱动功耗低，被认为是电力电子技术第三次革命的代表性的产品，是电能智能化管理和节能减排的核心器件。

随着经济的持续高速发展，能源危机日趋严重，供需之间存在着严重矛盾，发展节能产业与新能源产业迫在眉睫。电力电子器件在节能方面扮演着重要的角色，是机械自动化、控制智能化的关键部件，也是节约电能的半导体器件。因此，大力发展电力电子器件的设计制造以及模块的开发和应用是节约电能的重要措施。作为电力电子器件代表的IGBT是提高整机系统性能指标和节能指标的首选产品。

终端结构的设计是半导体器件的关键技术之一，与器件的击穿电压、通态压降等参数密切相关。芯片面积增大到一定程度时，芯片内部存在缺陷的概率明显升高，芯片成品率随之大幅下降，因此芯片面积受材料缺陷限制。芯片面积一定的情况下，终端效率越高，面积越小，有源区的通流面积则越大，通态压降越低。同时，器件耐压等级越高，终端尺寸越大，所以高压器件终端的效率直接影响芯片的通态压降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，以IGBT为例，本发明针对终端结构设计了具有通流能力的横向元胞结构，可以有效利用终端面积形成额外的通流区域，增加芯片的通流能力。

为了达到上述目的，本发明提供了下述技术方案：

一种横向元胞结构的功率器件终端结构，包括：

衬底101和在衬底101之上设置有正面掺杂区103和104、隔离绝缘层107、栅电极105、发射极106和截止环场板109，所述衬底101之下设有集电极108；

其中，栅电极105与衬底101电隔离；发射极106与正面掺杂区103和104欧姆接触；集电极108与背面掺杂区102欧姆接触；截止环场板109与正面掺杂区103欧姆接触；

衬底101的中心区域设有垂直元胞结构110；

衬底101的边缘区域设有横向元胞结构111。

一种横向元胞结构的功率器件终端结构的第一优选方案，

衬底101为n型，背面掺杂区102和正面掺杂区104为p型，正面掺杂区103为n型。

一种横向元胞结构的功率器件终端结构的第二优选方案，