一种用于半导体功率器件的终端的制作方法

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(insulatedgatebipolartransistor，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，比如驱动电路简单、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。

在igbt制造过程中，多次氧化过程，主要是热氧化，使得氧化层中不可避免地存在着一些正电荷。pn结中间近似于平面结，而在边角处，比如在硅和二氧化硅的界面附近，由于氧化层中正电荷会吸引电子在硅表面集中导致硅表面n型区表面的浓度升高，这将在硅衬底的近表面处形成一个由氧化层指向硅衬底的垂直电场，该电场与表面处耗尽层电场的合电场将在pn结外侧的硅表面处积聚，进而导致耗尽层在表面处相比于内部变窄，电场强度比体内高，容易发生击穿，使得器件的击穿电压与无界面电荷存在的理想平面扩散结相比会有所降低。

另一方面，实际应用中的igbt器件，芯片表面通常覆盖了用于封装的绝缘层或者环氧树脂。当igbt承受大电压时，电场峰值在体内形成，表面覆盖的绝缘层或者环氧树脂层会产生极化，且极化所产生电荷会抑制硅衬底表面的耗尽层延伸，造成表面电场峰值增加。当电场峰值达到击穿点时，就会导致耐压的变化或退化，也会导致igbt在某些环境下失效。

然而，现有的终端结构包括电场限制环(flr)、场板技术、结表面扩展等，这些结构实际上起到将主结耗尽区向外展宽的作用，最终提高击穿电压。其中场板结构因为其可以采用常规工艺实现，终端面积小，对界面电荷不是很敏感等优点，被广泛使用，但是该结构中场板边缘处与硅之间的电位差很大，导致容易在场板的外边沿发生击穿。

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。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于半导体功率器件的终端，能够提高击穿电压以及减小场板边缘的尖峰电场。

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、多个场限环以及多个与所述场限环对应的场板组，所述场板组包括相互电性连接的第一多晶硅场板和金属场板，所述第一多晶硅场板、所述金属场板依次位于所述场限环的上方，所述第一多晶硅场板和所述金属场板均与所述场限环电性连接，所述金属场板覆盖所述第一多晶硅场板。

在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述用于半导体功率器件的终端还包括第二多晶硅场板，所述第二多晶硅场板位于所述场限环和所述金属场板之间，且所述金属场板仅部分覆盖所述第二多晶硅场板。

在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述第二多晶硅场板与所述第一多晶硅场板位于同一层，且所述第二多晶硅场板与所述第一多晶硅场板之间间隔设置。

在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述金属场板的第一部分部分覆盖所述第二多晶硅场板，且所述金属场板的第一部分为所述金属场板中远离所述金属场板和所述场限环的连接处的部分。

在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述金属场板覆盖所述第二多晶硅场板的一半。

在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述金属场板的长度大于所述第一多晶硅场板的长度。

在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述第一多晶硅场板和所述场限环之间设置有场氧化层，所述场氧化层上设置有第一过孔，所述第一多晶硅场板通过所述第一过孔与所述场限环电性连接。

在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述第一多晶硅场板和所述金属场板之间以及所述金属场板与未被所述第一多晶硅场板和所述场氧化层覆盖的场限环之间均设置有介质层，所述介质层上设置有第二过孔，所述金属场板通过所述第二过孔与所述场限环电性连接。

在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述介质层上还设置有第三过孔，所述第一多晶硅场板通过所述第三过孔与所述金属场板电性连接。

在本发明的用于半导体功率器件的终端中，所述第二过孔和所述第一过孔位于所述场限环的同一侧。

本发明的用于半导体功率器件的终端，通过采用多晶硅场板和金属场板的场板组，且金属场板分别与场限环和多晶硅场板电性连接，使得主结耗尽区有效向外展宽，从而提高了击穿电压以及减小了场板边缘的尖峰电场。

【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为本发明的用于半导体功率器件的终端的结构示意图。

【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。

请参照图2，图2为本发明的用于半导体功率器件的终端的结构示意图。

如图2所示，本发明的用于半导体功率器件的终端包括集电极11、基区12、多个场限环13以及多个与所述场限环13对应的场板组，所述场板组包括相互电性连接的第一多晶硅场板22和金属场板24，所述集电极11为第二导电类型的p半导体，基区12为第一导电类型的n半导体。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。

所述第一多晶硅场板22、所述金属场板24依次位于所述场限环13的上方，也即所述第一多晶硅场板22位于所述场限环13的上方，所述金属场板24位于所述第一多晶硅场板22的上方。所述第一多晶硅场板22和所述金属场板24均与所述场限环13电性连接，所述金属场板24覆盖所述第一多晶硅场板22。在一实施方式中，所述金属场板24完全覆盖所述第一多晶硅场板22。所述金属场板24与所述第一多晶硅场板22构成台阶状的场板组。

其中所述金属场板24的长度大于所述第一多晶硅场板22的长度。由于金属场板24的长度要长于第一多晶硅场板22的长度，从而使得两者形成台阶场板的结构，使得主结耗尽区有效向外展宽，进一步提高击穿电压。

其中，所述第一多晶硅场板22和所述场限环12之间设置有场氧化层21，所述场氧化层21上设置有第一过孔201，所述第一多晶硅场板22通过所述第一过孔201与所述场限环13电性连接。

其中，所述第一多晶硅场板22和所述金属场板24之间以及所述金属场板24与未被所述第一多晶硅场板22和所述氧化层21覆盖的场限环12之间均设置有介质层25，所述介质层25上设置有第二过孔202，所述金属场板24通过所述第二过孔202与所述场限环13电性连接。一实施方式中，所述第二过孔202和所述第一过孔201位于所述场限环13的同一侧。

其中，所述介质层25上还设置有第三过孔203，所述第一多晶硅场板22通过所述第三过孔203与所述金属场板24电性连接。在一实施方式中，所述介质层25的厚度大于所述场氧化层21的厚度，使得所述第二过孔202的深度大于所述第一过孔201的深度。

在另一实施例中，所述用于半导体功率器件的终端还包括第二多晶硅场板23，所述第二多晶硅场板23位于所述场限环13和所述金属场板24之间，且所述金属场板24仅部分覆盖所述第二多晶硅场板23。所述第二多晶硅场板23均不与场限环13以及金属场板24电性连接。场氧化层21还位于第二多晶硅场板23与所述场限环13之间。介质层25还位于第二多晶硅场板23与所述金属场板24之间。由于第二多晶硅场板的存在，当igbt承受耐压时，n-区为高电位，p+场限环区为低电位，金属场板24与场限环13等电位，也为低电位。使得一部分电力线从n区到第二多晶硅场板23，以及另一部分电力线从第二多晶硅场板23到金属场板24。因为此场板是浮空的，这两部分电力线的通量相等。这相当于在半导体耗尽层的n区和金属层分别引入了极性相反的电荷，这两种电荷产生的电场与原来电场的方向相反，因此降低了峰值电场。

在一实施方式中，为了简化制程工艺，所述第二多晶硅场板23与所述第一多晶硅场板22位于同一层，且所述第二多晶硅场板23与所述第二多晶硅场板22之间间隔设置。所述第二多晶硅场板23与所述第一多晶硅场板22之间通过有介质层25隔离。在一实施方式中，所述第二多晶硅场板23与所述第一多晶硅场板22通过同一制程工艺制得的。

所述金属场板24的第一部分部分覆盖所述第二多晶硅场板23，且所述金属场板24的第一部分为所述金属场板24中远离所述金属场板24和所述场限环13的连接处的部分。比如所述金属场板24的第一部分为远离第二过孔202和第一过孔201的部分。当第二过孔202和第一过孔201位于金属场板24的左侧时，所述金属场板24的第一部分比如为右侧部分。当第二过孔202和第一过孔201位于金属场板24的右侧时，所述金属场板24的第一部分比如为左侧部分。

所述金属场板24覆盖所述第二多晶硅场板23的一半。也即，且第二多晶硅场板23的中心位置对应金属场板24的右边缘位置，从而进一步减小金属场板边缘处与硅衬底之间电位差，进而有效降低尖峰电场。

由于通过采用多晶硅场板和金属场板的场板组，使得主结耗尽区有效向外展宽；避免了在硅和二氧化硅界面处电场集中现象，提高击穿电压，且金属场板分别与场限环和多晶硅场板电性连接，使得金属场板分别与场限环和多晶硅场板保持等电位。由于金属场板覆盖多晶硅场板，从而形成了台阶场板的结构，使得主结耗尽区有效向外展宽，提高了击穿电压，此外，还减小了场板边缘的尖峰电场。

可以理解的，本发明除了第一个与igbt元胞相连的场限环外，之后的每个场限环13的金属场板24与上一个场限环13结构中的第二多晶硅场板23在垂直方向上交接，即可以实现此本发明的终端结构在垂直方向上投影叠加形成的截面的面积与整个终端的横截面积相等，也可使得场板在垂直方向上投影叠加形成的截面的面积与整个终端的横截面积相等，以避免氧化硅对界面电荷的屏蔽性差以及在工艺制造、封装等过程引入的可动离子积聚在氧化层或者透过氧化层进入到硅，使电场分布发生变化的问题。

本发明的用于半导体功率器件的终端，通过采用多晶硅场板和金属场板的场板组，且金属场板分别与场限环和多晶硅场板电性连接，使得主结耗尽区有效向外展宽，从而提高了击穿电压以及减小了场板边缘的尖峰电场。

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。