[发明专利]一种场限环-负斜角复合终端结构

说明书

技术领域

本发明属于电力半导体器件技术领域，涉及一种场限环-负斜角复合终端结构。

背景技术

在电力半导体器件的开发过程中，终端结构的设置会直接影响电力半导体器件的耐压及其稳定性。门极换流晶闸管（GCT）是基于门极可关断晶闸管（GTO）而开发的一种新型大功率半导体器件，为了提高GCT终端击穿电压，通常采用类似于普通晶闸管的台面终端结构或横向变掺杂（VLD）结构。台面终端结构采用机械磨角及腐蚀工艺形成，制作工艺比较成熟，但它能实现的终端击穿电压只有其体内击穿电压的80%，并且其高温漏电流及终端所占的芯片面积很大。横向变掺杂结构是采用渐变的扩散窗口进行铝注入形成，能使器件的终端击穿电压达到其体内击穿电压的90%，但终端所占的芯片面积也很大，并且形成渐变掺杂所需的光刻窗口较难控制。

可见，现有的终端技术都不能有效地提高器件的终端击穿电压和芯片的利用率，从而限制了高压大功率器件的开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种场限环-负斜角复合终端结构，解决了现有的高压深结器件结终端电压低、高温稳定性差及终端占用芯片面积大的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种场限环-负斜角复合终端结构，将芯片的中央区域作为有源区，将有源区外围区域作为终端区，有源区和终端区共同的n^-衬底下方设置有n型FS层，在n型FS层下方设置有p⁺阳极区及其阳极；在有源区中，n^-基区中设置有多个并联的单元，每个单元内与n^-基区相邻的是波状p基区，p基区上面为p⁺基区，p⁺基区中央设置有一个阴极n⁺发射区，每个n⁺发射区上方设置有阴极；p⁺基区上方设置有门极，并且整个门极环绕在所包围的阴极n⁺发射区的周围；在终端区的n^-衬底内，在主结外侧设置了至少一个p型场限环，并且在场限环上面有一个负斜角，使得终端区上表面为斜面，斜面上覆有钝化层。

本发明的场限环-负斜角复合终端结构，其特征还在于：

终端区有一级或两级场限环，主结与第一级场限环的间距s₁为260～350μm，第一级场限环与第二级场限环的间距s₂为130～145μm。

终端区的场限环上方有一负斜角，所述负斜角的角度为2.5°～3.5°。

所述的钝化层为聚酰亚胺或硅胶。

本发明的有益效果是，采用此复合终端结构可获得95.7%的体击穿电压，与具有相同角度和终端尺寸的传统负斜角终端相比，此复合终端的击穿电压可提高22%，并且高温稳定性好。

附图说明

图1是本发明的复合终端结构的截面示意图；

图2是本发明的复合终端结构击穿时的纵向电场分布曲线图；

图3是本发明的复合终端结构空间电荷区的展宽剖面图；

图4是终端击穿电压随负斜角角度θ的变化曲线；

图5是终端击穿电压随主结与第1环结间距s₁的变化曲线；

图6是终端击穿电压随第1环与第2环之间的环间距s₂的变化曲线；

图7是采用本发明的复合终端结构的波状基区GCT器件击穿特性模拟曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明的场限环-负斜角复合终端结构，用于波状基区GCT器件制备，其具体结构设置是：

将芯片的中央区域作为有源区，将有源区外围区域作为终端区，有源区和终端区共同的n-衬底下方设置有n型FS层，在n型FS层下方设置有p⁺阳极区及其阳极（即底部位置）；

在有源区中，n^-基区中设置有多个并联的单元，每个单元内与n^-基区相邻的是波状p基区，p基区上面为p⁺基区，p⁺基区中央设置有一个阴极n⁺发射区，每个n⁺发射区上方设置有阴极；p⁺基区上方设置有门极，并且整个门极环绕在所包围的阴极n⁺发射区的周围；