一种igbt终端结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体器件，具体涉及一种IGBT终端结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]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，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。自上世纪80年代发明以来，IGBT的纵向结构经历了从穿通型、非穿通型到软穿通型的发展，元胞结构经历了从平面栅到沟槽栅的发展；芯片可处理的功率密度越来越大，而损耗反而降低，使其在高电压领域作为开关器件的优势地位越来越明显。
[0003]在IGBT制造过程中，扩散是在光刻掩膜开窗后进行，在窗口中间区域的PN结近似于平面结，而在PN的边角处为柱面结或球面结，根据电场的泊松方程计算，在边缘区域的电场强度比中间区域高，PN结的击穿电压只有平面结的10?30%.为提高器件的击穿低压，必须在芯片的边缘区域设计终端结构，使边缘区域的电场强度降低。
[0004]目前采用的终端技术主要有场限环技术、场板技术、结终端扩展技术和横向变掺杂技术等，其中国际上著名厂商采用的有四台阶复合场板结构(英飞凌)，其四台阶中厚绝缘层工艺复杂，与传统工艺难兼容；场限环场板结构(APT，富士电机)，其终端尺寸大、效率偏低，同样芯片面积条件下，器件的通流能力小；结终端扩展结构(ABB，东芝)和横向变掺杂结构(英飞凌)，两者的反向漏电流和结电容比较大，并且对表面电荷比较敏感。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种IGBT终端结构及其制造方法，该IGBT终端结构根据半导体柱面PN结在反向偏置时的耗尽理论，在P型场限环的外侧增加一个结深比场限环浅的P型环，使PN结在反偏时耗尽层进一步扩展，减小柱面结位置的电场强度，最终实现终端效率和可靠性的提高。对于此终端结构的制造方法，结合IGBT元胞的工艺流程，和元胞区的P阱注入使用同一块掩膜版，在P阱注入完成该区域的注入掺杂。
[0006]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0007]本发明提供一种IGBT终端结构，所述IGBT终端结构与IGBT有源区相连接，所述IGBT终端结构包括N型单晶硅片01、P型场限环022、场氧化层03、栅氧化层05、多晶硅层06、硼磷硅玻璃07以及金属层08，所述P型场限环022位于N型单晶硅片01中，所述场氧化层03和栅氧化层05并行排列,均位于N型单晶娃片01的表面,所述多晶娃层06位于场氧化层03表面，所述硼磷硅玻璃07位于场氧化层03的表面并延伸至多晶硅层06和栅氧化层05的表面，在硼磷硅玻璃07刻蚀有金属连接孔，所述金属层08通过金属连接孔与所述P型场限环022及多晶硅层06连接；
[0008]其改进之处在于，在P型场限环022的外侧设有结深小于P型场限环022的P型环 041 ；
[0009]所述P型环041与有源区的P阱注入使用同一块掩膜版，在P阱注入完成P型环041的注入掺杂。
[0010]进一步地，所述P型场限环022的注入杂质为硼，注入剂量为5E13?lE15/cm2 ;所述场氧化层03的厚度为1.0?1.5um ;所述多晶娃层06的厚度为0.5?1.0um,所述硼磷硅玻璃的厚度为1.0?2.0um，所述金属层08的厚度为2.0?4.2um。
[0011]进一步地,所述P型环041的注入杂质为硼,注入剂量为3E13?lE14/cm2。
[0012]进一步地，所述场氧化层03的厚度大于栅氧化层05的厚度，所述栅氧化层05的厚度为1.0?1.5um。
[0013]本发明还提供一种IGBT终端结构的制造方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤:
[0014]步骤A，选择N型单晶硅片01，N型单晶硅片01电阻率和厚度根据电压等级确定；
[0015]步骤B，在N型单晶硅片01上使用光刻胶掩膜的方式进行P型场限环022的注入掺杂，注入的杂质为硼，注入剂量为5E13?lE15/cm2，注入完成后将N型单晶硅片01表面的光刻胶剥离并清洗；
[0016]步骤C，使用热氧化的方式在N型单晶硅片01表面生长1.0?1.5um厚的场氧化层03，采用光刻、刻蚀、剥胶的标准流程，形成所需的场氧化层03图形，并进行高温热处理，完成P型场限环022注入杂质的激活和推结；所述高温热处理温度为1000?1150°C，处理时间为120?300min ；
[0017]步骤D，采用热氧化的方式在N型单晶硅片01表面生长0.12um?0.3um厚的栅氧化层05，接着采用化学气相淀积的方式在氧化层上淀积一层0.5?1.0um厚的多晶硅层06 ；
[0018]步骤E，采用P0C13掺杂的方式对多晶硅层06进行掺杂，接着采用光刻、刻蚀、剥胶的标准流程，形成所需的多晶硅层06图形；
[0019]步骤F，采用光刻、注入、剥胶的标准流程，形成P型场限环022外侧的P型环041，接着进行高温热处理，完成P型环04注入杂质的激活和推结；所述P型环041和元胞区的P阱注入一次完成，注入杂质为硼，注入剂量为3E13?lE14/cm2，所述高温热处理温度为1000 ?1150°C，处理时间 60 ?150min ；
[0020]步骤G,采用化学气相淀积的方式淀积一层厚度1.0?2.0um厚的硼磷娃玻璃07,采用光刻、刻蚀、剥胶的标准流程，刻出金属连接孔；
[0021]步骤H，采用物理气相淀积的方式淀积一层厚度2.0?4.2um厚的铝或铝合金，采用光刻、刻蚀、剥胶的标准流程，刻出所需的金属层08图形，完成IGBT终端结构的制造。
[0022]进一步地，P型场限环022经历步骤C和步骤F两次高温推结，新增的P型环041经历步骤F —次高温推结，形成两个不同结深的P型环。
[0023]与现有技术比，本发明达到的有益效果是:
[0024]1、本发明的终端结构使PN结在反偏时耗尽层进一步扩展，减小柱面结位置的电场强度，最终实现终端效率和可靠性的提高。对于此终端结构的制造方法，结合IGBT元胞的工艺流程，和元胞区的P阱注入使用同一块掩膜版，在P阱注入完成该区域的注入掺杂。
[0025]2、本发明提供的终端结构形成不需要额外的工艺流程，在制造成本不增加的条件下，实现终端效率和可靠性的提高。
[0026]3、本发明提供的终端结构使终端面积减小5%?10% ;与现有工艺兼容，不增加工艺步骤。
[0027]4、本发明提供的终端结构在柱面结处电场强度进一步降低，有利于提高器件的可靠性。
【附图说明】
[0028]图1是本发明提供的IGBT终端结构的示意图；
[0029]图2是本发明提供的IGBT终端结构的制造流程图；
[0030]图3是本发明提供的【具体实施方式】的P型场限环制作示意图；
[0031]图4是本发明提供的【具体实施方式】的P型场限环推结和场氧化层制作示意图；
[0032]图5是本发明提供的【具体实施方式】的场氧化层和多晶硅层以及新增P型环掺杂的制作示意图；
[0033]图6是本发明提供的【具体实施方式】的新增P型环推结和硼磷硅玻璃淀积的示意图；
[0034]其中:01_均匀掺杂的N型单晶硅片，020为推结前的P型场限环(简称PR)掺杂，021为PR推结后的PR掺杂，022为二次推结后PR掺杂，03为场氧化层，040为推结前的新增P型环掺杂，041为推结后的新增P型环掺杂，05为栅氧化层，06为多晶硅层，07为硼磷硅玻璃，08为金属层。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0036]本发明提供的IGBT终端结构的示意图如图1所示，IGBT终端结构与IGBT有源区相连接，IGBT终端结构包括N型单晶硅片01、P型场限环022、场氧化层03、栅氧化层05、多晶硅层06、硼磷硅玻璃07以及金属层08，所述P型场限环022位于N型单晶硅片01中，所述场氧化层03和栅氧化层05并行排列，均位于N型单晶硅片01的表面，所述多晶硅层06位于场氧化层03表面，所述硼磷硅玻璃07位于场氧化层03的表面并延伸至多晶硅层06和栅氧化层05的表面，在硼磷硅玻璃07刻蚀有金属连接孔，所述金属层08通过金属连接孔与所述P型场限环022及多晶硅层06连接；在P型场限环022的外侧设有结深小于P型场限环022的P型环041 ；
[0037]所述P型环041与有源区的P阱注入使用同一块掩膜版，在P阱注入时完成P型环