本发明专利技术提供一种IGBT芯片终端结构及IGBT芯片终端结构制作方法，在N型衬底(1)的正面内部形成P型场限环(2)和镇流电阻区(3)；在P型场限环(2)和镇流电阻区(3)正面形成氧化层；在氧化层的正面形成正面金属层(9)，并在N型衬底(1)的背面形成背面结构，镇流电阻区(3)能够避免空穴电流集中和动态闩锁的发生，从而避免IGBT芯片在关断过程中烧毁失效，同时降低终端结构对应背面的P型集电区(11)的掺杂浓度，降低在IGBT芯片关断过程中的空穴电流密度，进一步提高IGBT芯片的抗动态闩锁能力和过电流关断能力。本发明专利技术还通过减小场板台阶处的刻蚀角度实现电场强度的降低，提高IGBT芯片在阻断态时的可靠性。时的可靠性。时的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
一种IGBT芯片终端结构及IGBT芯片终端结构制作方法
[0001]本专利技术涉及电力电子器件
，具体涉及一种IGBT芯片终端结构及IGBT芯片终端结构制作方法。
技术介绍
[0002]绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)集合了双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)与金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor，MOSFET)的优良特性，具有输入阻抗高、电压驱动控制、驱动功率小、导通压降小、开关损耗低以及适应高频应用等特点，与其他开关器件相比，是目前最为理想的功率半导体器件，尤其在高压大功率领域具有广阔的应用前景。
[0003]在IGBT芯片制造过程中，pn结的形成通过离子注入和扩散工艺进行加工，在IGBT芯片的中间区域，pn结近似于平行平面结，而在IGBT芯片边角区域，会形成柱面或球面的pn结。根据电场的泊松方程计算，导致柱面或球面pn结的击穿电压只有平行平面结的10％～25％。为此，IGBT芯片必须具有终端结构(即结终端区)，降低IGBT芯片边缘柱面结或球面结处的电场强度，提高pn结的耐压水平。目前IGBT芯片采用的终端结构主要采用场板技术，在场板的台阶处存在电场集中效应，在高压状态下带来热电子注入，导致IGBT芯片的可靠性低。另一方面，在IGBT芯片处于导通状态时，从集电极侧注入大量的空穴，在IGBT芯片关断过程中，空穴需要通过正面的有源区元胞抽取，由于终端结构的存在，IGBT芯片边缘部分的大量空穴都流经靠近终端区的元胞，导致空穴电流集中和动态闩锁的发生，IGBT芯片在关断过程中容易烧毁失效。
技术实现思路
[0004]为了克服上述现有技术中IGBT芯片可靠性低且在关断过程中容易烧毁失效的不足，本专利技术提供一种IGBT芯片终端结构及IGBT芯片终端结构制作方法，在N型衬底(1)的正面内部形成P型场限环(2)和镇流电阻区(3)；在P型场限环(2)和镇流电阻区(3)正面形成氧化层；在氧化层的正面形成正面金属层(9)，并在N型衬底(1)的背面形成背面结构，镇流电阻区(3)能够避免空穴电流集中和动态闩锁的发生，从而避免IGBT芯片在关断过程中烧毁失效。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供一种IGBT芯片终端结构的制作方法，包括：
[0007]在N型衬底(1)的正面内部形成P型场限环(2)和镇流电阻区(3)；
[0008]在P型场限环(2)和镇流电阻区(3)正面形成氧化层；
[0009]在氧化层的正面形成正面金属层(9)，并在N型衬底(1)的背面形成背面结构。
[0010]所述在N型衬底(1)的正面形成P型场限环(2)和镇流电阻区(3)，包括：
[0011]在N型衬底(1)的正面内部采用光刻胶掩膜工艺，并采用离子注入和高温推结方式形成P型场限环(2)和镇流电阻区(3)；
[0012]剥离并清洗所述N型衬底(1)正面的光刻胶。
[0013]所述P型场限环(2)和镇流电阻区(3)的P型掺杂浓度均为5e17cm-3
～5e18cm-3
；
[0014]所述离子注入的剂量为1e14cm-2
～1e15cm-2
；
[0015]所述镇流电阻区(3)的宽度为100～300um。
[0016]所述在P型场限环(2)和镇流电阻区(3)正面形成氧化层，包括：
[0017]依次采用热氧化、Ar离子注入、光刻、刻蚀和剥胶工艺在所述N型衬底(1)的正面形成一次场氧化层(4)；
[0018]采用热氧化工艺在所述N型衬底(1)和P型场限环(2)的正面形成栅极氧化层(5)；
[0019]依次采用淀积、光刻、刻蚀和剥胶工艺在所述一次场氧化层(4)和栅极氧化层(5)正面形成多晶硅层(6)；
[0020]依次采用淀积、光刻、刻蚀和剥胶工艺在所述P型场限环(2)、镇流电阻区(3)、一次场氧化层(4)和多晶硅层(6)正面形成隔离氧化层(7)；
[0021]依次采用淀积、Ar离子注入、光刻、刻蚀和剥胶工艺在所述隔离氧化层(7)正面形成二次场氧化层(8)。
[0022]所述一次场氧化层(4)的边界为斜坡形状，斜坡角度为15
°
～25
°
，其厚度为1.0um～1.5um。
[0023]所述栅极氧化层(5)的厚度为0.09um～0.15um；
[0024]所述多晶硅层(6)的厚度为0.5um～1.0um；
[0025]所述隔离氧化层(7)的厚度为1.0um～2.0um；
[0026]所述二次场氧化层(8)的边界为斜坡形状，斜坡角度为15
°
～45
°
，其厚度为2.5um～5.0um；
[0027]所述正面金属层(9)的厚度为2.0um～4.5um。
[0028]所述在N型衬底(1)的背面形成背面结构，包括：
[0029]依次在所述N型衬底(1)的背面形成N型缓冲层(12)、P型集电区(11)和背面金属层(10)；
[0030]所述P型集电区(11)的P型掺杂浓度为1e17cm-3
～3e17cm-3
。
[0031]另一方面，本专利技术提供一种IGBT芯片终端结构，包括：
[0032]设置于N型衬底(1)正面的P型场限环(2)和镇流电阻区(3)；以及设置于所述P型场限环(2)和镇流电阻区(3)正面的氧化层；设置于所述氧化层正面的正面金属层(9)；设置于N型衬底(1)背面的背面结构。
[0033]所述氧化层包括依次位于所述N型衬底(1)正面的一次场氧化层(4)、栅极氧化层(5)、隔离氧化层(7)和二次场氧化层(8)；
[0034]所述栅极氧化层(5)和隔离氧化层(7)之间设有多晶硅层(6)。
[0035]所述P型场限环(2)和镇流电阻区(3)的P型掺杂浓度均为5e17cm-3
～5e18cm-3
；
[0036]所述离子注入的剂量为1e14cm-2
～1e15cm-2
；
[0037]所述镇流电阻区(3)的宽度为100～300um；
[0038]所述一次场氧化层(4)和二次场氧化层(8)的边界均为斜坡形状；
[0039]所述一次场氧化层(4)斜坡角度为15
°
～25
°
，其厚度为1.0um～1.5um；
[0040]所述二次场氧化层(8)的斜坡角度为15
°
～45
°
，其厚度为2.5um～5.0um；
[0041]所述栅极氧化层(5)的厚度为0.09um～0.15um；
[0042]所述多晶硅层(6)的厚度为0.5um～1.0um；
[0043]所述隔离氧化层(7本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种IGBT芯片终端结构的制作方法，其特征在于，包括：在N型衬底(1)的正面内部形成P型场限环(2)和镇流电阻区(3)；在P型场限环(2)和镇流电阻区(3)正面形成氧化层；在氧化层的正面形成正面金属层(9)，并在N型衬底(1)的背面形成背面结构。2.根据权利要求1所述的IGBT芯片终端结构的制作方法，其特征在于，所述在N型衬底(1)的正面形成P型场限环(2)和镇流电阻区(3)，包括：在N型衬底(1)的正面内部采用光刻胶掩膜工艺，并采用离子注入和高温推结方式形成P型场限环(2)和镇流电阻区(3)；剥离并清洗所述N型衬底(1)正面的光刻胶。3.根据权利要求2所述的IGBT芯片终端结构的制作方法，其特征在于，所述P型场限环(2)和镇流电阻区(3)的P型掺杂浓度均为5e17cm-3
～5e18cm-3
；所述离子注入的剂量为1e14cm-2
～1e15cm-2
；所述镇流电阻区(3)的宽度为100～300um。4.根据权利要求1所述的IGBT芯片终端结构的制作方法，其特征在于，所述在P型场限环(2)和镇流电阻区(3)正面形成氧化层，包括：依次采用热氧化、Ar离子注入、光刻、刻蚀和剥胶工艺在所述N型衬底(1)的正面形成一次场氧化层(4)；采用热氧化工艺在所述N型衬底(1)和P型场限环(2)的正面形成栅极氧化层(5)；依次采用淀积、光刻、刻蚀和剥胶工艺在所述一次场氧化层(4)和栅极氧化层(5)正面形成多晶硅层(6)；依次采用淀积、光刻、刻蚀和剥胶工艺在所述P型场限环(2)、镇流电阻区(3)、一次场氧化层(4)和多晶硅层(6)正面形成隔离氧化层(7)；依次采用淀积、Ar离子注入、光刻、刻蚀和剥胶工艺在所述隔离氧化层(7)正面形成二次场氧化层(8)。5.根据权利要求4所述的IGBT芯片终端结构的制作方法，其特征在于，所述一次场氧化层(4)的边界为斜坡形状，斜坡角度为15
°
～25
°
，其厚度为1.0um～1.5um。6.根据权利要求3所述的IGBT芯片终端结构的制作方法，其特征在于，所述栅极氧化层(5)的厚度为0.09um～0.15um；所述多晶硅层(6)的厚度为0.5um～1.0um；所述隔离氧化层(7...
【专利技术属性】
技术研发人员：王耀华，金锐，高明超，李立，刘江，潘艳，吴军民，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：
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