CN108766999A - 用于半导体功率器件的终端 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于半导体功率器件的终端，该用于半导体功率器件的终端包括：集电极、基区、多个环状的场限环以及多个与所述场限环对应的金属场板，所述场限环之间间隔设置，相邻两个所述场限环之间的间距相等，所述场限环包括多个主弯曲部和多个主平直部，所述主弯曲部位于相邻两个主平直部之间，所述主弯曲部的宽度沿所述主弯曲部的中间向其两侧递减，所述场限环的所述主弯曲部的宽度大于对应的场限环的所述主平直部的宽度；沿靠近所述场限环的几何中心侧向远离所述场限环的几何中心侧的主弯曲部的宽度递增。本发明的用于半导体功率器件的终端，能够减小拐角处的电场尖峰以及提高半导体功率器件的稳定性及可靠性。

Description

用于半导体功率器件的终端
【技术领域】
本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种用于半导体功率器件的终端。
【背景技术】
用于半导体功率器件的终端(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，它同时具有单极性器件和双极性器件的优点，其驱动电路简单、控制电路功耗和成本低、通态压降低，成为目前主流的半导体器件功率之一。
然而，由于IGBT的终端的场限环和场板均为环形结构，也即在芯片的四个拐角都为弯曲状，因此在芯片的四个拐角存在曲率效应，由于曲率效应使得拐角处的电场尖峰相比其它位置大，从而降低了芯片的终端特性。
因此，有必要提供一种用于半导体功率器件的终端，以解决现有技术所存在的问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种用于半导体功率器件的终端，能够减小拐角处的电场尖峰以及提高半导体功率器件的稳定性及可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于半导体功率器件的终端，其包括：
集电极、基区、多个环状的场限环以及多个与所述场限环对应的金属场板，所述场限环之间间隔设置，相邻两个所述场限环之间的间距相等，所述场限环包括多个主弯曲部和多个主平直部，所述主弯曲部位于相邻两个主平直部之间，所述主弯曲部的宽度沿所述主弯曲部的中间向其两侧递减，所述场限环的所述主弯曲部的宽度大于对应的场限环的所述主平直部的宽度；沿靠近所述场限环的几何中心侧向远离所述场限环的几何中心侧的主弯曲部的宽度递增。
在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述金属场板的形状也为环状，所述金属场板之间间隔设置，相邻两个所述金属场板之间的间距相等，所述金属场板包括多个次弯曲部和多个次平直部，所述次弯曲部位于相邻两个所述次平直部之间，所述次弯曲部的宽度沿所述次弯曲部的中间向两侧递减，所述次弯曲部的宽度大于所述次平直部的宽度，沿靠近所述金属场板的几何中心侧向远离所述金属场板的几何中心侧的次弯曲部的宽度递增。
在本发明的用于半导体功率器件的终端中，相邻两个所述场限环的主弯曲部的宽度之间的差值相等。
在本发明的用于半导体功率器件的终端中，沿靠近所述场限环的几何中心侧向远离所述场限环的几何中心侧的弯曲宽度差依次增大，所述弯曲宽度差为相邻两个所述场限环的主弯曲部的宽度之间的差值。
在本发明的用于半导体功率器件的终端中，沿靠近所述场限环的几何中心侧向远离所述场限环的几何中心侧的主弯曲部的宽度按照所述主平直部的宽度的1.8倍、2倍、2.2倍、2.5倍依次增大。
在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述场限环具有最大宽度和最小宽度，所述场限环的最大宽度与所述场限环的最小宽度之间的差值位于第一预设范围内。
在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述场限环的最大宽度是所述场限环的最小宽度的1.5-2.5倍。
在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述主弯曲部沿所述主弯曲部的中间向其一侧具有至少三个宽度递减的弯曲段。
在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述主弯曲部沿所述主弯曲部的中间向其一侧具有四个宽度递减的弯曲段，所述四个弯曲段的宽度按照预设规则进行减小。
本发明的用于半导体功率器件的终端，通过将场限环的各拐角的宽度由拐角中心位置向两边逐渐减小，且将由内到外的各场限环的拐角的宽度依次增大，且各场限环的间距保持不变，以避免芯片四个拐角的曲率效应导致的拐角处的电场尖峰偏大的问题，从而降低了电场尖峰以及提高了半导体功率器件的稳定性及可靠性。
【附图说明】
图1为现有用于半导体功率器件的终端的结构示意图；
图2为现有半导体功率器件的结构示意图；
图3为本发明的半导体功率器件中场限环的结构示意图；
图4为图3中单个场限环的结构示意图；
图5为图4中A区域的放大示意图；
图6为本发明的半导体功率器件中金属场板的结构示意图；
图7为图6中单个金属场板的结构示意图。
【具体实施方式】
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。
如图1所示，现有的用于半导体功率器件的终端包括集电极11、基区12(也即衬底)、多个场限环13，设置在场限环13和场板15之间的介质层14以及场板15，所述场限环13包括由两种导电类型相同但掺杂浓度不同的掺杂区域形成的，该导电类型为P+类型。
如图2所示，每个场限环13都为环状结构，每个场限环13的宽度一致，也即在弯曲部分和平直部分的宽度相等。
请参照图3至7，图3为本发明的半导体功率器件中场限环的结构示意图。
本发明的用于半导体功率器件的终端与图1的结构相似，不同之处在于，本发明的场限环或金属场板的各拐角的宽度由拐角中心位置向两边逐渐减小，由内到外的场限环或金属场板的各拐角的宽度依次增大，具体为一实施例的多个场限环31-34之间间隔设置，多个场限环31-34具有相同的中心，也即几何中心，多个场限环31-34的几何中心与单个场限环的几何中心的位置相同。相邻两个场限环之间的间距相等，且每个场限环为环状结构，结合图4，每个场限环包括多个主平直部36(拐角以外的部分)和多个主弯曲部35(拐角处的部分)，每个场限环的主弯曲部35位于环状的场限环31的四个拐角处，所述主弯曲部35位于相邻两个主平直部36之间，每个场限环的所述主平直部36的宽度一致，也即每个所述场限环的主平直部36的宽度相等。各所述场限环的主平直部36的宽度相等或者不等。在一实施方式中，越靠近外侧的场限环的主平直部36的宽度越大。以最内侧的场限环31为例，所述场限环31仅包括四个主平直部36和四个主弯曲部35，但是并不能对本发明构成限定，所述场限环还可以包括更多的主弯曲部35和主平直部36。
每个所述主弯曲部35的宽度沿所述主弯曲部35的中间向其两侧递减，每个所述场限环的主弯曲部35的宽度大于对应场限环的所述主平直部36的宽度。
沿靠近所述场限环的几何中心侧向远离所述场限环的几何中心侧的主弯曲部的宽度递增。也即越靠近外侧的场限环的主弯曲部的宽度越大，例如场限环34至31的主弯曲部的宽度分别为S4-S1，S4大于S3，S3大于S2，S2大于S1。
相邻两个所述场限环的主弯曲部35的宽度之间的差值相等。S4与S3之间的差值等于S3与S2之间的差值，还等于S2与S1之间的差值。
沿靠近所述场限环的几何中心侧向远离所述场限环的几何中心侧的弯曲宽度差增大，所述弯曲宽度差为相邻两个所述场限环的主弯曲部35的宽度之间的差值。比如，S4与S3之间的差值大于S3与S2之间的差值，S3与S2之间的差值大于S2与S1之间的差值。
在一实施方式中，沿靠近所述场限环的几何中心侧向远离所述场限环的几何中心侧的主弯曲部35的宽度按照所述主平直部36的宽度的1.9倍、2倍、2.2倍、2.5倍依次增大。
在另一实施方式中，所述沿靠近所述场限环的几何中心侧向远离所述场限环的几何中心侧的主弯曲部35的宽度按照所述主平直部36的宽度的1.8倍、2倍、2.2倍、2.5倍依次增大。也即由内向外的场限环的主弯曲部35的宽度按照所述主平直部36的宽度的1.8倍、2倍、2.2倍、2.5倍依次增大。S4-S1分别是所述主平直部36的宽度的1.8倍、2倍、2.2倍、2.5倍。
每个所述场限环具有最大宽度和最小宽度，其中位于所述主弯曲部35的中间的宽度为最大宽度，主平直部36的宽度为最小宽度，所述场限环的最大宽度与所述场限环的最小宽度之间的差值位于第一预设范围内。
在一实施方式中，为了更好地减小拐角处的电场尖峰，每个所述场限环的最大宽度是每个所述场限环的最小宽度的1.5-2.5倍。
结合图5，所述主弯曲部35沿所述主弯曲部35的中间向其一侧具有三个宽度依次递减的弯曲段m1-m3。其中弯曲段m1-m3的宽度分别为L1-L3，L1大于L2，L2大于L3。
在一实施方式中，相邻两个所述弯曲段的宽度按照等幅度减小。相邻两个所述弯曲段的宽度之间的差值相等。比如L1与L2之间的差值等L2于L3之间的差值。
在另一实施方式中，相邻两个所述弯曲段的宽度不按照等幅度减小。靠近所述主弯曲部35的中间的相邻两个所述弯曲段的宽度之间的差值为所述第一差值，第一差值比如为L1与L2之间的差值。靠近所述主弯曲部35的边缘的相邻两个所述弯曲段的宽度之间的差值为所述第二差值，第二差值比如为L2与L3之间的差值，第一差值大于第二差值。
在另一实施方式中，所述主弯曲部35沿所述主弯曲部35的中间向其一侧具有四个宽度递减的弯曲段，所述四个弯曲段的宽度按照预设规则进行减小。其中，所述四个弯曲段的宽度按照所述主平直部36的宽度的2.5倍、2.2倍、2倍、1.8倍依次减小。
当然，可以理解的，所述主弯曲部35沿所述主弯曲部35的中间向其一侧还可具有两个或者四个以上宽度依次递减的弯曲段。
在另一实施例中，如图6和7所示，所述金属场板41-44的形状也为环状，所述金属场板之间间隔设置，相邻两个所述金属场板之间的间距相等，每个所述金属场板包括多个次平直部46和多个次弯曲部45，以最内侧的金属场板41为例，所述金属场板41仅包括四个次平直部46和四个次弯曲部45，但是并不能对本发明构成限定，所述金属场板还可包括更多的次平直部46和次弯曲部45。
每个金属场板的所述次平直部46的宽度均相等，且每个金属场板的所述次平直部46的宽度一致。各所述金属场板的所述次平直部46的宽度相等或者不等。在一实施方式中，越靠近外侧的金属场板的次平直部46的宽度越大。
所述次弯曲部45位于相邻两个次平直部46之间，所述次弯曲部45的宽度沿所述次弯曲部45的中间向两侧递减，其中每个金属场板的所述次弯曲部45的宽度大于对应的次平直部46的宽度。沿靠近所述金属场板的几何中心侧向远离所述金属场板的几何中心侧的次弯曲部45的宽度递增。也即越靠近外侧的金属场板的次弯曲部45的宽度越大，例如金属场板44至41的次弯曲部的宽度分别为S8-S5，S8大于S7，S7大于S6，S6大于S5。
相邻两个所述金属场板的次弯曲部45的宽度之间的差值相等。S8与S7之间的差值等于S7与S6之间的差值，还等于S6与S5之间的差值。
沿靠近所述金属场板的几何中心侧向远离所述金属场板的几何中心侧的弯折宽度差增大，所述弯折宽度差为相邻两个所述金属场板的次弯曲部45的宽度之间的差值。比如，S8与S7之间的差值大于S7与S6之间的差值，S7与S6之间的差值大于S6与S5之间的差值。
在一实施方式中，沿靠近所述金属场板的几何中心侧向远离所述金属场板的几何中心侧的次弯曲部45的宽度按照所述次平直部46的宽度的1.9倍、2倍、2.2倍、2.5倍依次增大。
在一实施方式中，沿靠近所述金属场板的几何中心侧向远离所述金属场板的几何中心侧的次弯曲部45的宽度按照所述次平直部46的宽度的1.8倍、2倍、2.2倍、2.5倍依次增大。也即由内向外的金属场板的次弯曲部45的宽度按照所述次平直部46的宽度的1.8倍、2倍、2.2倍、2.5倍依次增大。S8-S5分别是所述次平直部46的宽度的1.8倍、2倍、2.2倍、2.5倍。
所述金属场板具有最大宽度和最小宽度，所述金属场板的最大宽度与所述金属场板的最小宽度之间的差值位于第二预设范围内。其中位于所述次弯曲部45的中间的宽度为最大宽度，次平直部46的宽度为最小宽度。
所述次弯曲部45的最大宽度是所述次弯曲部45的最小宽度的1.5-2.5倍。
所述次弯曲部45沿所述次弯曲部45的中间向其一侧具有四个宽度递减的弯曲段，所述四个弯曲段的宽度按照预设规则进行减小。在一实施方式中，所述四个弯曲段的宽度按照所述次平直部46的宽度的2.5倍、2.2倍、2倍、1.8倍依次减小。其余对于主弯曲部的改进同样适用于次弯曲部，在此不再赘述。
本发明由于将场限环或者金属场板在芯片的四个拐角处的等宽结构，调整为场限环或金属场板的宽度由拐角中心位置向两边逐渐减小的结构，也即宽度由芯片内部向外部方向逐渐减小，环间距保持不变的结构，从而避免芯片四个拐角的曲率效应导致的拐角处的电场尖峰偏大的问题。其次，由内到外的场限环或者金属场板的各拐角的宽度依次增大，提高了半导体功率器件的稳定性及可靠性。另外本发明IGBT的结构、工艺与现有IGBT工艺完全兼容，制造简单，降低了生产成本。
本发明的用于半导体功率器件的终端，通过将场限环的各拐角的宽度由拐角中心位置向两边逐渐减小，且将由内到外的各场限环的拐角的宽度依次增大，且各场限环的间距保持不变，以避免芯片四个拐角的曲率效应导致的拐角处的电场尖峰偏大的问题，从而降低了电场尖峰以及提高了半导体功率器件的稳定性及可靠性。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种用于半导体功率器件的终端，其特征在于，包括：
集电极、基区、多个环状的场限环以及多个与所述场限环对应的金属场板，所述场限环之间间隔设置，相邻两个所述场限环之间的间距相等，所述场限环包括多个主弯曲部和多个主平直部，所述主弯曲部位于相邻两个主平直部之间，所述主弯曲部的宽度沿所述主弯曲部的中间向其两侧递减，所述场限环的所述主弯曲部的宽度大于对应的场限环的所述主平直部的宽度；沿靠近所述场限环的几何中心侧向远离所述场限环的几何中心侧的主弯曲部的宽度递增。
2.根据权利要求1所述的用于半导体功率器件的终端，其特征在于，所述金属场板的形状也为环状，所述金属场板之间间隔设置，相邻两个所述金属场板之间的间距相等，所述金属场板包括多个次弯曲部和多个次平直部，所述次弯曲部位于相邻两个所述次平直部之间，所述次弯曲部的宽度沿所述次弯曲部的中间向两侧递减，所述次弯曲部的宽度大于所述次平直部的宽度，沿靠近所述金属场板的几何中心侧向远离所述金属场板的几何中心侧的次弯曲部的宽度递增。
3.根据权利要求1所述的用于半导体功率器件的终端，其特征在于，相邻两个所述场限环的主弯曲部的宽度之间的差值相等。
4.根据权利要求1所述的用于半导体功率器件的终端，其特征在于，沿靠近所述场限环的几何中心侧向远离所述场限环的几何中心侧的弯曲宽度差依次增大，所述弯曲宽度差为相邻两个所述场限环的主弯曲部的宽度之间的差值。
5.根据权利要求1所述的用于半导体功率器件的终端，其特征在于，沿靠近所述场限环的几何中心侧向远离所述场限环的几何中心侧的主弯曲部的宽度按照所述主平直部的宽度的1.8倍、2倍、2.2倍、2.5倍依次增大。
6.根据权利要求1所述的用于半导体功率器件的终端，其特征在于，所述场限环具有最大宽度和最小宽度，所述场限环的最大宽度与所述场限环的最小宽度之间的差值位于第一预设范围内。
7.根据权利要求6所述的用于半导体功率器件的终端，其特征在于，所述场限环的最大宽度是所述场限环的最小宽度的1.5-2.5倍。
8.根据权利要求1所述的用于半导体功率器件的终端，其特征在于，所述主弯曲部沿所述主弯曲部的中间向其一侧具有至少三个宽度递减的弯曲段。
9.根据权利要求8所述的用于半导体功率器件的终端，其特征在于，所述主弯曲部沿所述主弯曲部的中间向其一侧具有四个宽度递减的弯曲段，所述四个弯曲段的宽度按照预设规则进行减小。
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