[发明专利]一种具有边缘深结结构的晶圆芯片结构

说明书

本发明提供一种具有边缘深结结构的晶圆芯片结构，包括：由所述芯片的中心径向朝向所述芯片的边缘依次设置的平面结构区域和边缘深结区域，所述平面结构区域和边缘深结区域均包括相互贴合的第一层结构和第二层结构；在所述边缘深结区域中，所述第二层结构沿着所述晶圆芯片结构的厚度方向朝向所述第一层结构加厚成为边缘深结结构。本发明的晶圆芯片结构优化了芯片的边缘终端结构，使得如GCT晶圆芯片达到高阻断电压等级同时，对其他性能的影响降到最低。

技术领域

本发明属于电力半导体器件领域，特别涉及一种具有边缘深结结构的晶圆芯片结构。

背景技术

现有的大容量电力电子器件作为电力设备的核心组成部分，已逐渐成为提升设备可靠性、降低设备成本的关键，其中，IGCT器件凭借其成本低、导通损耗小、可靠性高等特点在低频大容量应用中成为新的关注点。

在高压直流的应用场景中，需要开关器件的阻断电压等级尽可能高，以减小器件数量，降低成本。GCT芯片由于其整晶圆结构，对边缘阻断占用芯片面积要求低，可以通过边缘磨角和钝化处理来实现高阻断电压。

非对称GCT的传统剖面结构如图1所示，图中芯片内部虚线为正向阻断时耗尽层边界。由于芯片边缘电场畸变，边界处耗尽层主要分布在P基区对应斜面磨角区域W1。与平面结处耗尽层宽度W相比，边缘耗尽层宽度W1更小，边缘电场强度峰值更高，使得边缘磨角区域易先发生雪崩击穿。为了实现较高的阻断电压，必须使P基区结深较深，以优化芯片边缘电场强度分布。

逆阻GCT的传统剖面结构如图2所示，图中芯片内部虚线为反向阻断时耗尽层边界。同理，由于芯片边缘电场畸变，边界处耗尽层主要分布在P发射极对应斜面磨角区域W2。为了实现较高的阻断电压，必须使P发射极结深较深，以优化芯片边缘电场强度分布。

需要注意的是非对称GCT只具有正向阻断能力，而逆阻GCT具有正向通流和双向阻断能力，也就是逆阻GCT可以在J1结或J2结耐受电压，在电流源换流器、双向固态断路器等应用中具有显著优势。

但在实际应用中，直接通过增加结深改善芯片边缘电场分布主要存在以下两个问题：

1.P基区/P发射极深结使得工艺过程中扩散所需时间大大增加，芯片承受的热应力也随之增加，容易产生不必要的晶格损伤；

2.P基区/P发射极结深增加使阴极侧NPN晶体管放大系数减小，阳极侧发射极发射效率降低，芯片开通损耗和通态压降相应增加。

故随着阻断电压等级升高，P基区/P发射极结深需要增加，使得GCT晶圆芯片其他性能降低。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种具有边缘深结结构的晶圆芯片结构。

本发明的具有边缘深结结构的晶圆芯片结构，包括：由所述芯片的中心径向朝向所述芯片的边缘依次设置的平面结构区域和边缘深结区域，

所述平面结构区域和边缘深结区域均包括相互贴合的第一层结构和第二层结构；

在所述边缘深结区域中，所述第二层结构沿着所述晶圆芯片结构的厚度方向朝向所述第一层结构加厚成为边缘深结结构。

进一步，

所述芯片设有第一电极；

由所述芯片的中心径向朝向所述芯片的边缘，所述边缘深结区域的初始位置即内部边界位于从最靠近芯片边缘处的所述第一电极至所述芯片的磨角区域之间。

进一步，

所述第一层结构为n-基区，所述第一层结构的厚度为500-1500um，掺杂浓度在5e11-1e14cm^-3之间；