結(jié)終端延伸的終端版圖結(jié)構(gòu)及其終端結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件的版圖設(shè)計(jì)方案，特別涉及結(jié)終端延伸的終端版圖結(jié)構(gòu)及其終端結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)是新型的大功率器件，它集MOSFET柵極電壓控制特性和雙極型晶體管低導(dǎo)通電阻特性于一身，改善了器件耐壓和導(dǎo)通電阻相互牽制的情況，具有高電壓、大電流、高頻率、功率集成密度高、輸入阻抗大、導(dǎo)通電阻小、開關(guān)損耗低等優(yōu)點(diǎn)，在變頻家電、工業(yè)控制、電動(dòng)及混合動(dòng)力汽車、新能源、智能電網(wǎng)等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用空間。
[0003]IGBT終端是圍繞器件有源區(qū)外圍的保護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)工作原理可以分為電場延伸型和電場截?cái)嘈?電場延伸型，在主結(jié)邊緣處設(shè)置延伸結(jié)構(gòu)，將主結(jié)耗盡區(qū)向外展寬，降低內(nèi)部電場強(qiáng)度提高擊穿電壓，用于平面工藝，如場板(FP)、阻性場板(SIP0S)、場限環(huán)(FGR)、結(jié)終端延伸(JTE)、橫向變摻雜(VLD)、RESURF等；電場截?cái)嘈?刻蝕深槽，截?cái)嗲娼Y(jié)，影響表面電場分布，常用于臺(tái)面或刻蝕工藝。優(yōu)良的終端保護(hù)結(jié)構(gòu)是功率器件(諸如功率二極管、功率MOS管、IGBT等)實(shí)現(xiàn)預(yù)定耐壓的重要保障。
[0004]目前廣泛用于高壓(2500V及其以上)IGBT的終端保護(hù)結(jié)構(gòu)主要是場限環(huán)(FLR)和結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)(JTE)。
[0005]FLR結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含的結(jié)構(gòu):101為分壓保護(hù)環(huán)，包括主結(jié)104和場限環(huán)105和106 (此處以兩級(jí)場限環(huán)為例)，102為場截止環(huán)；當(dāng)偏壓加在電極103時(shí)，隨著所加偏壓的增大，耗盡區(qū)沿著主結(jié)向場限環(huán)的方向延伸。主結(jié)和第一級(jí)場限環(huán)之間的距離的選擇標(biāo)準(zhǔn)是，在主結(jié)發(fā)生雪崩擊穿之前，主結(jié)的耗盡區(qū)與第一級(jí)場限環(huán)的耗盡區(qū)連在一起；第一級(jí)場限環(huán)和第二級(jí)場限環(huán)之間距離的選擇標(biāo)準(zhǔn)是，第一級(jí)場限環(huán)發(fā)生雪崩擊穿之間，第一級(jí)場限環(huán)的耗盡區(qū)與第二級(jí)場限環(huán)的耗盡區(qū)連在一起；以后每級(jí)場限環(huán)與下一級(jí)場限環(huán)之間的選擇標(biāo)準(zhǔn)依次類推。
[0006]JTE的結(jié)構(gòu)如圖2所示，在重?fù)诫s主結(jié)區(qū)204附近通過離子注入或者擴(kuò)散的方法形成輕摻雜的P型區(qū)205，202與205形成JTE終端結(jié)構(gòu)，202為N型場截止環(huán)。當(dāng)IGBT器件耐壓工作時(shí)，JTE終端結(jié)構(gòu)全部耗盡，PN結(jié)的耗盡區(qū)沿著表面向外延伸擴(kuò)展，大大提高了擊穿電壓。
[0007]圖2所示的JTE終端結(jié)構(gòu)，其具體的形成方案，如圖3所示。304為主結(jié)，305為P型輕摻雜區(qū)，302為場截止環(huán)，從主結(jié)到場截止環(huán)方向，輕摻雜區(qū)305之間的間距逐漸增加；304和305區(qū)組成JTE終端結(jié)構(gòu)。器件退火之后形成所示圖2的結(jié)構(gòu)，305連在一起，從主結(jié)到場截止環(huán)方向，摻雜濃度遞減，結(jié)深也遞減。
[0008]JTE終端在承受耐壓時(shí)，JTE終端結(jié)構(gòu)全部耗盡，PN結(jié)的耗盡區(qū)沿著表面向外延伸擴(kuò)展，這種結(jié)構(gòu)容易受表面電荷的影響，從而影響器件的擊穿電壓和可靠性。另外，如圖4所示，JTE終端的最大電場區(qū)位于JTE終端的最外緣，該位置對氧化層電荷以及界面電荷有較大的敏感度，如果終端結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不當(dāng)極易造成該位置的提前擊穿，影響終端整體的耐壓。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供結(jié)終端延伸的終端版圖結(jié)構(gòu)及其終端結(jié)構(gòu)，用于提高終端的耐壓性和降低終端設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。
[0010]本實(shí)用新型提供了一種結(jié)終端延伸的終端版圖結(jié)構(gòu)，包括有源區(qū)，進(jìn)一步包括:
[0011]所述有源區(qū)內(nèi)具有至少一個(gè)絕緣柵雙極晶體管IGBT元包結(jié)構(gòu)，所述元包結(jié)構(gòu)為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，有共同的發(fā)射極電極、集電極電極和柵極電極；
[0012]包圍所述有源區(qū)外圍為至少一圈呈渦旋狀的P型注入的窗口，每一圈注入窗口之間，從橫截面看，間隔一定距離；
[0013]通過所述注入窗口能夠形成從橫截面看相互獨(dú)立的P型輕摻雜區(qū)，經(jīng)過一定時(shí)間的高溫退火后，所述P型輕摻雜區(qū)相互連接，能夠形成從有源區(qū)到芯片的邊沿區(qū)摻雜濃度逐漸降低，結(jié)深也逐漸降低的P型輕摻雜區(qū)。
[0014]進(jìn)一步地，所述獨(dú)立的P型輕摻雜區(qū)是采用離子注入或者擴(kuò)散的方法形成的。
[0015]進(jìn)一步地，形成覆蓋所述P型輕摻雜區(qū)最外沿的一圈場板結(jié)構(gòu)的刻蝕窗口(503)，所述場板結(jié)構(gòu)為電連接或浮空。
[0016]本實(shí)用新型還提供了一種結(jié)終端延伸的終端結(jié)構(gòu)，包括:
[0017]主結(jié)、P型輕摻雜區(qū)，所述P型輕摻雜區(qū)包圍主結(jié)，與主結(jié)間隔一定距離；以及
[0018]與所述P型輕摻雜區(qū)的最外延接觸的場板。
[0019]本實(shí)用新型還提供了一種結(jié)終端延伸的終端結(jié)構(gòu)，包括:
[0020]主結(jié)、P型輕摻雜區(qū)，所述P型輕摻雜區(qū)包圍主結(jié)，與主結(jié)間隔一定距離；以及
[0021]與所述P型輕摻雜區(qū)的最外延非接觸的場板。
[0022]本實(shí)用新型還提供了一種結(jié)終端延伸的終端結(jié)構(gòu)，包括:
[0023]主結(jié)、P型輕摻雜區(qū)，所述P型輕摻雜區(qū)包圍主結(jié)，與主結(jié)間隔一定距離；以及
[0024]在所述P型輕摻雜區(qū)的注入窗口對應(yīng)的位置淀積的阻性場板SIPOS、金屬層或多晶娃層。
[0025]本實(shí)用新型在版圖設(shè)計(jì)上采用渦旋狀的P型注入窗口，通過離子注入或者擴(kuò)散的方法形成P型輕摻雜區(qū)，與主結(jié)區(qū)域氧化層等附屬結(jié)構(gòu)共同形成JTE終端結(jié)構(gòu)。同時(shí)，本實(shí)用新型在JTE終端的外沿形成于該位置電連接或者浮空的場板結(jié)構(gòu)，該場板結(jié)構(gòu)的材料可以為金屬也可以為多晶硅，用來保護(hù)JTE終端的外沿，防止其過早擊穿。
【附圖說明】
[0026]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中場限環(huán)的結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中形成圖2所示結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)的原理示意圖；
[0029]圖4為現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)的工作原理圖；
[0030]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)的終端版圖結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的接觸場板結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)原理圖；
[0032]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的浮空場板結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)原理圖；
[0033]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的另一種結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)的終端結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0035]本實(shí)用新型實(shí)施例采用特殊的版圖設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)JTE終端結(jié)構(gòu)，在保證JTE終端能夠降低終端面積這個(gè)優(yōu)點(diǎn)的前提下，降低了 JTE終端對氧化層電荷以及界面電荷的敏感度，提高器件的可靠性，并能夠降低JTE設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。更進(jìn)一步，本實(shí)用新型實(shí)施例所提出的技術(shù)解決方案在JTE終端的外沿制作形成場板，用來降低該位置的峰值電場，提高器件耐壓的可靠性。
[0036]實(shí)施例一
[0037]本實(shí)用新型提供的JTE終端結(jié)構(gòu)的版圖設(shè)計(jì)如圖5所示，其中圖506為有源區(qū)，在有源區(qū)506內(nèi)形成一系列的IGBT元包結(jié)構(gòu)，這些元包結(jié)構(gòu)為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，有共同的發(fā)射極電極，集電極電極和柵極電極；其中發(fā)射極電極以及柵電極通過金屬接觸板(PAD)通過金屬引線形成電連接。包圍有源區(qū)506外圍為一圈呈渦旋狀的P型注入的窗口 505，每一圈注入窗口之間，從橫截面看，間隔一定距離；隨后采用離子注入或者擴(kuò)散的方法通過注入窗口形成從橫截面看相互獨(dú)立的P型輕摻雜區(qū)；經(jīng)過一定時(shí)間的高溫退火后，這些從橫截面看相互獨(dú)立的P型輕摻雜區(qū)相互連接，形成從有源區(qū)506到芯片的邊沿區(qū)摻雜濃度逐漸降低，結(jié)深也逐漸降低的P型輕摻雜區(qū)。這樣的P型輕摻雜區(qū)組成JTE終端結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分。當(dāng)IGBT器件耐壓工作時(shí)，JTE終端結(jié)構(gòu)的P型輕摻雜區(qū)與N型襯底形成的P