CN103872109A - 一种绝缘栅双级晶体管 - Google Patents

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张�杰
褚为利
赵佳
田晓丽
吴振兴
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Institute of Microelectronics of CAS
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Abstract

本发明公开了一种IGBT，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括：元胞区，包围所述元胞区的终端区；位于所述元胞区的多个IGBT元胞；位于所述终端区的终端结构，所述终端结构包括：多个场限环，所述多个场限环间隔分布；其中，所述场限环包括：水平部，竖直部，连接所述水平部与竖直部的弧形连接部；所述弧形连接部包括：弧形内边和弧形外边；所有弧形内边以及弧形外边的曲率中心不完全相同。本申请实施例所述IGBT通过设计场限环的结构，进而分散半导体衬底同一个顶角区域电场线的分布，避免了由于电场线过于集中同一导致顶角区域PN结的击穿，提高了IGBT的耐压能力。

Description

一种绝缘栅双级晶体管
技术领域
本发明涉及半导体器件制作工艺技术领域，更具体地说，涉及一种绝缘栅双极晶体管。 
背景技术
目前绝缘栅双极晶体管（Insulate Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）是在绝缘栅型场效应管（MOSFET）和电力晶体管（GTR）基础上发展起来的一种新型复合功率器件，IGBT既具有MOSFET驱动功率小、控制简单、开关频率高的优点，又具有功率晶体管的导通电压低、通态电流大、损耗小的优点，作为一种新型的电力电子器件被广泛应用到各个领域。 
参考图1，图1为现有技术中一种常见的IGBT的结构示意图，所述IGBT由元胞区1以及包围所述元胞区1的终端区构成。其中，所述元胞区1设置有多个IGBT元胞，所述终端区设置有终端结构。所述终端结构包括：多个间隔排列的场限环2以及包围所述场限环2的场截止环3。其中，所述场限环2包括：水平部、竖直部、连接所述水平部和竖直部的圆弧连接部。图1中仅示出了IGBT同的一顶角区域。 
现有的IGBT为终端结构是同心圆结构的IGBT，即其同一顶角区域的所有场限环拐角处的圆弧连接部的圆弧内边以及圆弧外边的圆心相同，均为O点。发明人发现，上述结构的IGBT承受耐压的能力较弱。 
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种IGBT，所述IGBT承受耐压能力强，可承受较高的耐压。 
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 
一种IGBT，该IGBT包括： 
半导体衬底，所述半导体衬底包括：元胞区，包围所述元胞区的终端区； 
位于所述元胞区的多个IGBT元胞； 
位于所述终端区的终端结构，所述终端结构包括：多个场限环，所述多个场限环间隔分布； 
其中，所述场限环包括：水平部，竖直部，连接所述水平部与竖直部的弧形连接部；所述弧形连接部包括：弧形内边和弧形外边；所有弧形内边以及弧形外边的曲率中心不完全相同。 
优选的，上述IGBT中，所有弧形连接部均为圆弧连接部，所述弧形内边为圆弧内边，所述弧形外边为圆弧外边。 
优选的，上述IGBT中，所述多个场限环中，与所述元胞区接触的场限环为同心圆场限环；其余场限环均为非同心圆场限环； 
其中，所述同心圆场限环的圆弧连接部的圆弧内边与圆弧外边具有相同圆心；所述非同心圆场限环的圆弧连接部的圆弧内边与圆弧外边具有不同圆心。 
优选的，上述IGBT中，任一个场限环的圆弧连接部的圆弧内边与该场限环里面最近邻的场限环的圆弧连接部的圆弧外边具有相同的圆心； 
所有圆弧连接部的圆弧内边的圆心以及圆弧外边的圆心均位于所述半导体衬底的对角线上。 
优选的，上述IGBT中，还包括： 
设置在所述场限环内的接触孔。 
优选的，上述IGBT中，所述接触孔为设置在所述弧形连接部的圆形孔或是四边形孔或是1/4圆环形孔。 
优选的，上述IGBT中，所述接触孔为与所述场限环形状相匹配的环状沟槽。 
优选的，上述IGBT中，所述终端结构还包括： 
包围所述多个场限环的场截止环。 
优选的，上述IGBT中，所述场限环的个数范围为3-20。 
从上述技术方案可以看出，所述IGBT的场限环中所有弧形内边以及弧形外边的曲率中心不完全相同，相比于终端结构为同心圆结构的IGBT，本申请所述IGBT避免了终端区域电场在弧形连接部的集中分布，从而分散了位于半导体衬底同一顶角区域的电场线，进而避免了顶角区域由于电场线过于集中分布导致该区域PN结被击穿的问题，提高了IGBT的耐压能力。 
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 
图1为现有技术中一种常见的IGBT的结构示意图； 
图2为本发明实施例提供的一种IGBT的结构示意图； 
图3为本发明实施例提供的另一种IGBT的结构示意图； 
图4为本发明实施例提供的又一种IGBT的结构示意图。 
具体实施方式
正如背景技术部分所述，现有的IGBT为终端结构是同心圆结构的IGBT，而上述结构的IGBT其承受耐压的能力较弱。 
发明人研究发现，现有的IGBT由于其所有圆弧连接部的圆弧内边与圆弧外边的圆心均为O点，这样会导致半导体衬底同一顶角区域内电场线集中分布，场限环拐角处的圆弧连接部易被击穿，耐压能力较弱。 
基于上述研究，本发明实施例提供了一种IGBT，该IGBT包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括：元胞区，包围所述元胞区的终端区；位于所述元胞区的多个IGBT元胞；位于所述终端区的终端结构，所述终端结构包括：多个场限环，所述多个场限环间隔分布。 
其中，所述场限环包括：水平部，竖直部，连接所述水平部与竖直部的弧形连接部；所述弧形连接部包括：弧形内边和弧形外边；所有弧形内边以及弧形外边的曲率中心不完全相同。 
本申请所述技术方案通过改变场限环结构分散场限环圆弧连接部处电场线的集中分布，以提高IGBT的耐压能力。所述IGBT的场限环中所有弧形内边以及弧形外边的曲率中心不完全相同，相比于终端结构为同心圆结构的IGBT，本申请所述IGBT避免了终端区域电场在弧形连接部的集中分布，从而分散了位于半导体衬底同一顶角区域的电场线，进而避免了顶角区域由于电场线过于集中分布导致该区域PN结被击穿的问题，提高了IGBT的耐压能力。 
以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以 在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。 
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及高度的三维空间尺寸。 
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 
基于上述思想，本申请实施例提供了一种IGBT，参考图2，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括：元胞区1，包围所述元胞区1的终端区；位于所述元胞区1的多个IGBT元胞；位于所述终端区的终端结构，所述终端结构包括：3个场限环4，所述3个场限环4间隔分布。 
其中，所述场限环4包括：水平部，竖直部，连接所述水平部与竖直部的圆弧连接部。 
所述场限环的个数可以根据IGBT的参数设计，一般场限环的个数范围可以为3-20。 
优选的，本实施例所述IGBT的场限环中，与所述元胞区接触的场限环为同心圆场限环，其余场限环均为非同心圆场限环。其中，所述同心圆场限环的圆弧连接部的圆弧内边与圆弧外边具有相同圆心。所述非同心圆场限环的圆弧连接部的圆弧内边与圆弧外边具有不同圆心。 
本实施例所述IGBT3个场限环中，最里面的场限环（与所述元胞区1接触的场限环）为同心圆场限环。该场限环的圆弧连接部的圆弧内边与圆弧外 边具有相同的圆心。其余两个场限环为非同心圆场限环，即其弧形连接部各自的圆弧内边与圆弧外边的圆心不同。 
如图2所示，本实施例与元胞区接触的场限环的圆弧连接部的圆弧外边与圆弧内边的圆心均为O。中间场限环的圆弧内边的圆心为O，圆弧外边的圆心为O1。最外面场限环的内边圆心为O1，圆弧外边为圆心为O2。 
本实施例通过改变场限环的结构分散了IGBT同一顶角区域内电场线，避免了由于电场线集中分布时导致的同一顶角区域的PN结弧形连接部易被击穿，IGBT耐压能力较弱的问题。 
为了确保改变场限环圆弧连接部结构的同时保证各场限环的间距不变，以确保IGBT的终端各参数的稳定。所以，优选的，相邻两个场限环中，远离元胞区的场限环的内边圆弧与靠近元胞区的场限环的外边圆弧具有相同的圆心。所有圆弧连接部的圆弧内边的圆心以及圆弧外边的圆心均位于所述半导体衬底的对角线上。上述结构的IGBT不仅限于3个场限环结构IGBT。 
如图2所示，位于中间的场限环的圆弧连接部的圆弧内边的圆心与最里面的场限环的圆弧连接部的圆弧外边的圆心相同，均为O点。最外围的场限环的圆弧连接部的圆弧内边的圆心与中间场限环的圆弧连接部的圆弧外边的圆心相同，均为O1点。这样，可以保证该IGBT的场限环之间的间距不变，从而保证了IGBT的终端结构各参数的稳定。 
优选的，本实施例所述IGBT的终端结构还包括：包围多个场限环的场截止环3。 
所述IGBT还包括位于所述在所述场限环内的接触孔。IGBT还包括位于所述场限环上的氧化层，位于所述氧化层上的多晶硅场板以及位于所述多晶硅场板上的金属层，所述金属层包括多个金属环。所述接触孔用于连接IGBT最表面上的金属层与场限环、金属层与多晶硅场板，实现位于同一金属环下 的场限环与多晶硅场板的等电位。所述接触孔的形状、个数根据IGBT的参数需求设计。 
参考图3，所述接触孔可以为与所述场限4形状相匹配的环状沟槽5。所述环状沟槽5同样包括水平部，竖直部，连接所述水平部和竖直部的弧形连接部。 
参考图4，所述接触孔还可以为设置在所述弧形连接部的圆形孔或是四边形孔或是1/4圆环形孔。图4中实施例为四边形孔。 
需要说明的，图2仅为本申请一种实施例的示意图，仅示出了IGBT的四分之一区域（同一顶角区域），包括3个场限环。本发明实施例中相同标记的结构名称相同。 
需要说明的是，本申请实施例所述场限环均是指位于半导体衬底同一顶角区域的场限环。 
本申请实施例所述IGBT通过设计场限环的结构，分散非同心圆场限环附近电场线，进而分散半导体衬底同一个顶角区域电场线的分布，避免了由于电场线过于集中导致顶角区域PN结的击穿，提高了IGBT的耐压能力。 
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (9)

1.一种IGBT，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底包括：元胞区，包围所述元胞区的终端区；
位于所述元胞区的多个IGBT元胞；
位于所述终端区的终端结构，所述终端结构包括：多个场限环，所述多个场限环间隔分布；
其中，所述场限环包括：水平部，竖直部，连接所述水平部与竖直部的弧形连接部；所述弧形连接部包括：弧形内边和弧形外边；所有弧形内边以及弧形外边的曲率中心不完全相同。
2.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，所有弧形连接部均为圆弧连接部，所述弧形内边为圆弧内边，所述弧形外边为圆弧外边。
3.根据权利要求2所述的IGBT，其特征在于，所述多个场限环中，与所述元胞区接触的场限环为同心圆场限环；其余场限环均为非同心圆场限环；
其中，所述同心圆场限环的圆弧连接部的圆弧内边与圆弧外边具有相同圆心；所述非同心圆场限环的圆弧连接部的圆弧内边与圆弧外边具有不同圆心。
4.根据权利要求3所述的IGBT，其特征在于，相邻两个场限环中，远离元胞区的场限环的内边圆弧的圆心与靠近元胞区的场限环的外边圆弧的圆心相同；
所有圆弧连接部的圆弧内边的圆心以及圆弧外边的圆心均位于所述半导体衬底的对角线上。
5.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，还包括：
设置在所述场限环内的接触孔。
6.根据权利要求5所述的IGBT，其特征在于，所述接触孔为设置在所述弧形连接部的圆形孔或是四边形孔或是1/4圆环形孔。
7.根据权利要求5所述的IGBT，其特征在于，所述接触孔形状为与所述场限环形状相匹配的环状沟槽。
8.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述终端结构还包括：
包围所述多个场限环的场截止环。
9.根据权利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述场限环的个数范围为3-20。
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