IGBT的终端结构、IGBT器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及IGBT的终端结构、IGBT器件及其制造方法。IGBT的终端结构依次包括：主结、一个或多个终端环、以及截止环，所述终端结构还包括电阻性元件，所述电阻性元件电连接在所述主结、所述一个或多个终端环和所述截止环中相邻的二者之间。采用本发明专利技术所述的终端结构，可以设置终端结构中的各个终端环之间的电势差，使得主结和截止环之间的横向电压均匀等分到各个终端环上，从而保证整个终端结构的电场峰值均匀分布，有效地缩小IGBT终端结构区域的面积，降低IGBT封装的成本同时大幅提高器件的可靠性要求。

Terminal structure of IGBT, IGBT device and manufacturing method thereof

The invention relates to a terminal structure of IGBT, a IGBT device and a manufacturing method thereof. The terminal structure of an IGBT in turn includes a main junction, one or more terminal rings, and a cut-off ring. The terminal structure also includes a resistive element electrically connected between the main junction, the one or more terminal rings and adjacent two of the cut-off rings. By adopting the terminal structure described in the invention, the potential difference between each terminal ring in the terminal structure can be set, so that the transverse voltage between the main junction and the cut-off ring can be evenly divided into each terminal ring, so as to ensure the uniform distribution of the electric field peak value of the whole terminal structure, and effectively reduce the area of the IGBT terminal structure area. The cost of low IGBT packaging increases the reliability requirements of devices at the same time.

【技术实现步骤摘要】
IGBT的终端结构、IGBT器件及其制造方法
本申请涉及半导体器件及其制造方法，具体地涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件，更具体地涉及IGBT的终端结构以及其制造方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOS)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,其开关速度与BJT相比较高，而且是电压控制器件，稳定性好，兼有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面的优点。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，现已成为电力电子领域的新一代主流产品，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。常规的IGBT包括元胞区和终端结构，其中IGBT的元胞区是功能区，而IGBT的终端结构的作用是提供器件的横向耐压能力。IGBT的终端结构一般包括主结、终端环和截止环，其中：主结与元胞区相邻；截止环位于最外侧作为终止端；终端环位于主结和截止环之间，通常为多个，每个终端环由场限环和多级场板构成。目前主流的终端环设计是：终端环为浮空，浮空的场限环和场板用于降低主结的电场峰值，起到防止元胞区和主结发生雪崩击穿的作用。图1是常规的IGBT结构示意图，主结与IGBT的发射极等电位；截止环与IGBT的集电极等电位。当电压施加在IGBT的电极(即，发射极和集电极)之间时，电压主要由结深和结宽度都相对较大的主结承担。随着所施加的电压逐渐增大，主结的耗尽层沿着主结向终端环的方向向外延伸。主结和第一终端环(即，图1中的环1)距离选取为使得在主结雪崩击穿之前主结的耗尽层穿通第一终端环，此时主结附近的电场峰值由主结和第一终端环共同承担，减小了主结附近的电场峰值。而继续增加的电压由第一终端环向第二终端环(即，图1中的环2)传递，直到第一终端环的耗尽层穿通第二终端环，以此类推。这样，由于在IGBT的电极上施加的电压不断增大所导致的增强的电场通过主结和多个终端环被逐级地降低，防止了过高的电场强度使元胞区和主结发生雪崩击穿。然而，浮空设计的终端环存在天生的设计缺陷，即电场峰值不能均匀分布在各个终端环之间，最大电场峰值聚集在主结和截止环两个位置。图2示意性地示出了图1的IGBT在正常工作时终端结构的AA位置切线的电场分布。由于各个终端环是浮空的，其电位完全受上一级终端环或主结传递的电场强度影响，因而不能最高效地发挥终端环分担电场强度的能力。因此，分担电场强度所实际需要的终端环的数量可能超过预期，从而导致IGBT封装的整体面积不能有效缩小，同时可靠性不能进一步改善。纵使现有技术提出诸多针对场限环的开孔尺寸和间距进行调整以及优化多层场板的结构设计的设计方案，仍不能从根本上解决该问题。
技术实现思路
IGBT终端结构的作用是提供器件横向耐压能力。评价IGBT终端结构设计好坏的标准是：1)从成本角度出发：好的终端结构设计，可以在尽量小的封装尺寸内，满足器件的横向耐压需求；2)从可靠性角度出发：好的终端结构设计，整个终端结构的电场峰值均匀分布，不会聚集在一个位置，从而引起电荷的再分布，导致器件耐压特性劣化并容易发生电压击穿。本专利技术提供了一种优化的IGBT的终端结构以及其制造方法，其通过采用固定电位的终端环设计代替浮空电位的终端环设计，解决了上文所述的终端环之间电场分布不均匀的问题，同时有效缩小了IGBT封装的整体面积，并且进一步改善了器件的可靠性，从而弥补上述浮空的终端环结构的负面设计缺陷。根据本专利技术的第一方面，提供了一种IGBT的终端结构，依次包括：主结、一个或多个终端环、以及截止环，所述终端结构还包括电阻性元件，所述电阻性元件电连接在所述主结、所述一个或多个终端环和所述截止环中相邻的二者之间。所述IGBT的终端结构的实施方式可包括以下各项中的一项或多项：根据本专利技术的一个实施例，所述电阻性元件具有一定的电阻值分布，以使得所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布到所述一个或多个终端环上。根据本专利技术的一个实施例，所述电阻性元件包括单个电阻器，通过调整所述一个或多个终端环连接到所述电阻器上的位置，以使得所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布到所述一个或多个终端环上。根据本专利技术的一个实施例，所述电阻性元件包括分别电连接在所述主结、所述一个或多个终端环和所述截止环中相邻的二者之间的多个电阻器，通过调整所述多个电阻器的电阻值，以使得所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布到所述一个或多个终端环上。根据本专利技术的一个实施例，所述电阻器是具有均匀结构的电阻器以使得：在所述IGBT正常工作时，所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布在所述电阻器上。根据本专利技术的一个实施例，所述多个终端环具有相同的结构且相邻的两个终端环之间的间距相等。根据本专利技术的一个实施例，所述电阻性元件包括高阻值电阻器，所述高阻值电阻器具有足够高的电阻值以使得：在所述IGBT正常工作时，流过所述高阻值电阻器的电流小于所述IGBT的静态漏电电流。根据本专利技术的一个实施例，所述电阻性元件设置在所述IGBT的封装外部。根据本专利技术的一个实施例，所述电阻性元件设置在所述IGBT的封装内部。根据本专利技术的一个实施例，所述电连接是通过金属连线或者通过键合的方式进行的。根据本专利技术的第二方面，提供了一种IGBT器件，包括元胞区和前述实施例中一项或多项所述的终端结构。根据本专利技术的第三方面，提供了一种用于制造IGBT的终端结构的方法，包括：制作主结、一个或多个终端环、以及截止环；将电阻性元件电连接在所述主结、所述一个或多个终端环和所述截止环中相邻的二者之间。所述IGBT的终端结构的制造方法的实施方式可包括以下各项中的一项或多项：根据本专利技术的一个实施例，所述制造方法还包括选择具有一定的电阻值分布的所述电阻性元件，以使得所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布到所述一个或多个终端环上。根据本专利技术的一个实施例，所述电阻性元件包括一个电阻器，所述制造方法还包括：调整所述一个或多个终端环连接到所述电阻器上的位置，以使得所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布到所述一个或多个终端环上。根据本专利技术的一个实施例，所述电阻性元件包括分别电连接在所述主结、所述一个或多个终端环和所述截止环中相邻的二者之间的多个电阻器，所述制造方法还包括：调整所述多个电阻器的电阻值，以使得所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布到所述一个或多个终端环上。根据本专利技术的一个实施例，所述制造方法还包括：选择具有均匀结构的电阻器以使得在所述IGBT正常工作时，所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布在所述电阻器上。根据本专利技术的一个实施例，制作所述多个终端环包括：制作结构相同且相邻的两个终端环之间的间距相等的所述多个终端环。根据本专利技术的一个实施例，所述制造方法还包括:选择具有足够高的电阻值的高阻值电阻器作为所述电阻性元件，以使得在所述IGBT正常工作时，流过所述高阻值电阻器的电流小于所述IGBT的静态漏电电流。根据本专利技术的一个实施例，将所述电阻性元件设置在所述IGBT的封装外部。根据本专利技术的一个实施例，将所述电阻性元件设置在所述IGBT的封装内部。根据本专利技术的一个实施例，通过正面金属连线或者通过键合的方式进行所述电连接。根据本专利技术的第四方面，提供了一种制造IGBT器件的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的终端结构，依次包括：主结、一个或多个终端环、以及截止环，所述终端结构还包括电阻性元件，所述电阻性元件电连接在所述主结、所述一个或多个终端环和所述截止环中相邻的二者之间。

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的终端结构，依次包括：主结、一个或多个终端环、以及截止环，所述终端结构还包括电阻性元件，所述电阻性元件电连接在所述主结、所述一个或多个终端环和所述截止环中相邻的二者之间。2.根据权利要求1所述的终端结构，其中所述电阻性元件具有一定的电阻值分布，以使得所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布到所述一个或多个终端环上。3.根据权利要求2所述的终端结构，其中所述电阻性元件包括单个电阻器，通过调整所述一个或多个终端环连接到所述电阻器上的位置，以使得所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布到所述一个或多个终端环上。4.根据权利要求2所述的终端结构，其中所述电阻性元件包括分别电连接在所述主结、所述一个或多个终端环和所述截止环中相邻的二者之间的多个电阻器，通过调整所述多个电阻器的电阻值，以使得所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布到所述一个或多个终端环上。5.根据权利要求3或4所述的终端结构，其中所述电阻器是具有均匀结构的电阻器以使得：在IGBT正常工作时，所述主结和所述截止环之间的电压均匀分布在所述电阻器上。6.根据权利要求1所述的终端结构，其中所述多个终端环具有相同的结构且相邻的两个终端环之间的间距相等。7.根据权利要求1所述的终端结构，其中所述电阻性元件包括高阻值电阻器，所述高阻值电阻器具有足够高的电阻值以使得：在IGBT正常工作时，流过所述高阻值电阻器的电流小于IGBT的静态漏电电流。8.根据权利要求1所述的终端结构，其中所述电阻性元件设置在IGBT的封装外部。9.根据权利要求1所述的终端结构，其中所述电阻性元件设置在IGBT的封装内部。10.根据权利要求1所述的终端结构，其中所述电连接是通过金属连线或者通过键合的方式进行的。11.一种绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件，包括元胞区和权利要求1-10中任一项所述的终端结构。12.一种制造绝缘栅双极型...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31