[发明专利]IGBT的终端结构、IGBT器件及其制造方法

说明书

本发明涉及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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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。