功率晶体管的结终端的制作方法

1.本发明属于半导体功率晶体管技术领域，具体涉及一种功率晶体管的结终端。


背景技术：

2.击穿电压是功率晶体管最重要的参数之一，它和最大电流容量一起决定了功率晶体管的额定功率。其中，绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)芯片、金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)芯片、快恢复二极管(fast recovery diode，frd)芯片的击穿电压都由一个大面积的pn结承担。而在芯片工艺中都不可避免地存在边缘pn结面弯曲效应，影响器件击穿电压的主要因素正是pn结扩散窗口区的结面弯曲引起的电场集中和界面电荷引起的表面电场集中，因为这些因素使器件实际击穿电压仅为理想情况的10～40％。因此，为了保护功率晶体管能够在高压下正常工作，通常需要在芯片边界处采用结终端保护技术，来消除结面弯曲效应的影响，减小表面电场强度，提高功率晶体管的击穿电压。
3.目前结终端技术主要有以下几种基本结构：场板终端技术、场限环终端技术、结终端扩展技术、横向变掺杂技术、半绝缘多晶硅等。由于和功率晶体管工艺的兼容性，在平面结终端技术中场限环和场板技术是目前功率晶体管最普遍采用的终端技术。其中，场板技术可以有效地抑制表面电荷引起的击穿，屏蔽钝化层中电荷的影响；场限环技术则对主结的分压作用具有明显的效果，同时对减缓平面结曲率效应造成的pn结击穿也非常显著。
4.场限环-场板复合终端技术结合了两种技术的优点，通过场限环来实现对主结的分压，提升器件的耐压。场板通过接触孔和场限环相连，电势与其底部接触的硅相同，能部分屏蔽氧化层中的电荷，降低硅表面电场。但这种符合终端结构的金属场板之间存在较大间隙，会导致后续芯片工艺、封装过程以及外部环境中引入的电荷通过这些间隙进入到介质层中，当集聚的电荷过多时，会破坏终端的电场分布，导致功率晶体管耐压降低。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提供一种功率晶体管的结终端，以解决现有技术中由于金属场板之间存在较大间隙，会导致后续芯片工艺、封装过程以及外部环境中引入的电荷通过这些间隙进入到介质层中，当集聚的电荷过多时，会破坏终端的电场分布，导致器件耐压降低的问题。
6.针对上述问题，本发明提供了一种功率晶体管的结终端，包括介质层、多个场限环组以及多个与所述场限环组对应的场板；
7.所述场板在所述介质层的投影面积大于所述场限环组在所述介质层的投影面积；
8.其中，所述场限环组包括主场限环和多个辅助场限环；
9.所述主场限环通过所述介质层的接触孔与对应的所述场板相连，所述辅助场限环通过所述介质层与对应的所述场板隔离。
10.进一步地，上述所述的功率晶体管的结终端中，所述主场限环在所述介质层的投
影面积大于每个所述辅助场限环在所述介质层的投影面积。
11.进一步地，上述所述的功率晶体管的结终端中，多个所述辅助场限环的数目为2n 1；n为大于或等于1的整数；
12.所述主场限环与每个所述辅助场限环之间的距离相等。
13.进一步地，上述所述的功率晶体管的结终端中，多个所述辅助场限环的数目为2n；n为大于或等于1的整数；
14.任意两个辅助场限环形成一个辅助场限环对；
15.所述辅助场限环对以所述主场限环为中心对称分布。
16.进一步地，上述所述的功率晶体管的结终端中，每个辅助场限环对中两个辅助场限环之间的距离相等或不相等。
17.进一步地，上述所述的功率晶体管的结终端中，还包括场截止环和场截止板；
18.所述场截止环设置和所述场截止板均在所述介质层的边缘部位；
19.且所述场截止环与所述场截止板相连。
20.进一步地，上述所述的功率晶体管的结终端中，在背离所述介质层延伸的方向上，所述场截止环的长度大于所述主场限环的长度以及所述辅助场限环发长度。
21.进一步地，上述所述的功率晶体管的结终端中，所述介质层包括氧化层、氮化硅层或氧化组合层；其中，所述氧化组合层由半绝缘多晶硅层与氧化层形成。
22.进一步地，上述所述的功率晶体管的结终端中，所述场板为导电性场板。
23.进一步地，上述所述的功率晶体管的结终端中，所述导电性场板包括铝场板、铝合金场板或多晶硅场板。
24.与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
25.本发明的功率晶体管的结终端，将一个场板与主场限环以及多个辅助场限环形成复合结构，并仅采用主场限环通过接触孔与对应的所述场板相连，使得场板电势与其底部接触的硅相同，能部分屏蔽氧化层中的电荷，降低硅表面电场。同时，利用多个辅助场限环和主场限环来实现对主结的分压，提升器件的耐压。这样，可以将场板的尺寸做的较大，在相同阻断电压的约束下，相当于一个场板对应一个场限环的复合方式而言，场板的数量更少，场板之间的间隙的数量也越少，终端暴露面积随之减少，在后续芯片工艺、封装过程以及外部环境中，尽可能的减少电荷通过这些间隙进入到介质层中，避免因为集聚的电荷过多，破坏结终端的电场分布，防止功率晶体管的耐压降低。
26.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地调节说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
27.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
28.图1为相关技术的功率晶体管的结终端的结构示意图；
29.图2为本发明的功率晶体管的结终端实施例的结构示意图。
具体实施方式
30.以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
31.图1为相关技术的功率晶体管的结终端的结构示意图，如图1所示，相关技术的功率晶体管的结终端可以包括集电极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。
32.然而，图1所示的功率晶体管的结终端中，场板之间存在较大间隙，且场板的数量较多，场板之间存在间隙也较多，会导致后续芯片工艺、封装过程以及外部环境中引入的电荷通过这些间隙进入到介质层中，当集聚的电荷过多时，会破坏终端的电场分布，导致器件耐压降低。此外，这种类型的结终端在反向偏压的过程中由于表面电场效应会在介质层中引入热载流子，由于场板边缘界面电场方向由硅指向二氧化硅，会导致雪崩产生的空穴跃迁到介质层中，介质层电荷增加导致器件耐压降低。
33.因此，为了解决相关技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了以下技术方案。
34.图2为本发明的功率晶体管的结终端实施例的结构示意图，如图2所示，本实施例的功率晶体管的结终端可以包括介质层14、多个场限环组16以及多个与所述场限环组16对应的场板15；所述场板15在所述介质层14的投影面积大于所述场限环组16在所述介质层14的投影面积。其中，所述场限环组16包括主场限环161和多个辅助场限环162。所述主场限环161通过所述介质层14的接触孔与对应的所述场板15相连，所述辅助场限环162通过所述介质层14与对应的所述场板15隔离。
35.本实施例的功率晶体管的结终端，一个场板15与主场限环161以及多个辅助场限环162形成复合结构，并仅采用主场限环161通过接触孔与对应的所述场板15相连，使得场板15电势与其底部接触的硅相同，能部分屏蔽氧化层中的电荷，降低硅表面电场。同时，利用多个辅助场限环162和主场限环161来实现对主结的分压，提升器件的耐压。这样，可以将场板15的尺寸做的较大，在相同阻断电压的约束下，相当于一个场板15对应一个场限环的复合方式而言，场板15的数量更少，场板15之间的间隙的数量也越少，终端暴露面积随之减少，在后续芯片工艺、封装过程以及外部环境中，尽可能的减少电荷通过这些间隙进入到介质层14中，避免因为集聚的电荷过多，破坏结终端的电场分布，防止功率晶体管的耐压降低。
36.在一个具体实现过程中，所述主场限环161在所述介质层14的投影面积大于每个所述辅助场限环162在所述介质层14的投影面积。也就是说，主场限环161的环径要大于每个所述辅助场限环162的环径。
37.在一个具体实现过程中，可以通过精细地设计场板15长度，合理的布置辅助场限环162和主场限环161，实现反向偏压情况下雪崩热电子和空穴的平衡，降低对终端电场的影响，提升了终端的高温反偏测试能力，提升了器件的长期可靠性。
38.具体地，若多个所述辅助场限环162的数目为2n 1；n为大于或等于1的整数；所述
主场限环161与每个所述辅助场限环162之间的距离相等。也就是说说，如果辅助场限环162的数目为奇数时，按照主场限环161与每个辅助场限环162之间的距离相等的原则分布辅助场限环162即可。例如，多个辅助场限环162可以分布在以主场限环161为圆心的圆上。
39.在一个具体实现过程中，多个所述辅助场限环162的数目为2n；n为大于或等于1的整数；任意两个辅助场限环162形成一个辅助场限环162对；所述辅助场限环162对以所述主场限环161为中心对称分布。其中，每个辅助场限环162对中两个辅助场限环162之间的距离相等或不相等。
40.例如，多个辅助场限环162可以分布在以主场限环161的两侧，形成直线行分布，也可以分布在主场限环161的多侧，形成圆形分布或多边形分布等，本实施例不做具体限制。
41.在一个具体实现过程中，上述辅助场限环162与主场限环161之间的分布方式，能够保证图2中a区域产生的热电子数量和b区域产生的热空穴数量相当，可以实现反向偏压情况下雪崩热电子和空穴的平衡，降低对终端电场的影响，提升了终端的高温反偏测试能力，提升了器件的长期可靠性。
42.在一个具体实现过程中，如图2所示，该功率晶体管的结终端还可以包括场截止环17和场截止板18。所述场截止环17设置和所述场截止板18均在所述介质层14的边缘部位；且所述场截止环17与所述场截止板18相连。也就是说，场截止环17设置在主场限环161和多个辅助场限环162的外围，场截止板18设置在多个场板15的外围。
43.在一个具体实现过程中，在背离所述介质层14延伸的方向上，所述场截止环17的长度大于所述主场限环161的长度以及所述辅助场限环162发长度。
44.在一个具体实现过程中，所述介质层14包括氧化层、氮化硅层或氧化组合层；其中，所述氧化组合层由半绝缘多晶硅层与氧化层形成。所述场板15为导电性场板15。所述导电性场板15包括铝场板15、铝合金场板15或多晶硅场板15。
45.在一个具体实现过程中，功率晶体管的结终端还可以包括集电极和基区。所述主场限环161和多个所述辅助场限环162均位于所述基区内；所述集电极位于所述基区背离所述场限环组16的一侧。
46.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
47.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
49.虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。