【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件，更具体地，涉及一种功率器件的终端结构、制造方法及功率器件。
技术介绍
1、功率半导体器件是现代电力电子设备中的重要组成部分，用于实现电能的控制和转换。其终端结构是器件的关键组成部分，直接决定器件的阻断性能和可靠性。在终端结构设计中，主要考虑的因素包括导通和关断过程中的电场分布、漏电大小、结构尺寸占比等，以确保器件具有耐压高、阻断漏电小、结构合理。
2、常见的功率半导体器件的终端结构包括斜角终端、场限环终端、台阶式缓变终端、复合终端结构等类型。其中采用图形化技术的场限环结构，通常用于分立式器件，如igbt、mosfet、jbs二极管等类型的器件；对于整晶圆芯片，其终端结构通常采用斜角终端，如gto、igct芯片等，通过终端斜角磨抛、腐蚀等技术，在芯片终端边缘区域制备出一圈斜角环，该结构的加工目前已经成熟。
3、典型的斜角造型终端如图1中所示，其主要工作原理是利用斜角造型展宽了p基区内的耗尽区(耗尽区宽度由wp变为ws)，从而降低了表面电场，提升了阻断电压。典型的双负斜角造型终端如图2中所示，在承受正向阻断电压时，其耗尽区在j2结附近扩展；在承受反向阻断电压时，其耗尽区在j1结附近扩展，如图3中所示。
4、因此，对于高压和超高压的晶闸管类器件来说，为了实现更高的阻断电压，需求器件具有较深的p基区结深和较低的p基区掺杂浓度，同时终端造型角度θ要非常小。但是上述要求带来以下问题：(1)针对结深较大的基区pn结，流片过程中的掺杂过程，其片内和片间均匀性都很难精确控制，即pn结的
5、目前专利的解决方法主要是通过将晶闸管类器件的芯片有源区和终端区采用不同结深的p基区来改善芯片特性。如瑞士abb公司在2010年提出了一种浅p基区功率半导体器件(cn103222056b)，采用了负斜角终端结构，终端p基区较有源区p基区结深更深，浓度较有源区浓度低，终端区掺杂浓度较有源区在横向上有快速下降，增强了雪崩能力，提高了击穿电压。清华大学在2020年提出了一种功率半导体器件(cn111755501a)，该专利结构与abb专利类似。然而这种改进方法的终端区的占比仍然较大，且在结深加大的情况下，流片过程中的的掺杂过程中，其片内和片间均匀性都很难精确控制，即pn结的结深也并不均匀，因此导致了器件的终端工艺无法稳定。因此现有专利结构芯片终端区的上述问题仍然没有得到很好的解决。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种功率器件的终端结构、制造方法及功率器件，以期至少部分地解决上述技术问题。
2、为了达到上述目的，第一方面，本专利技术采用一种功率半导体芯片的终端结构，所述终端结构位于功率半导体芯片的边缘部分，与芯片有源区相接；所述终端结构至少具有一第一导电类型半导体区，和位于第一导电类型半导体区一侧的第一半导体基区，所述第一半导体基区具有第二导电类型，所述第二导电类型与第一导电类型相反；所述第一半导体基区表面具有一斜面结构，使得所述终端结构部分与所述功率半导体芯片的第一主面形成一负角；在终端结构形成有第一截止环，所述第一截止环形成于第一半导体基区内部靠近终端边缘的一侧，并纵向延伸至与所述第一导电类型半导体区连接，所述第一截止环具有第一导电类型。
3、第二方面，本专利技术还提供一种功率半导体芯片，所述半导体器件包含有源区及终端区，所述终端区采用如上所述的终端结构。
4、第三方面，本专利技术还提供一种包括上述功率半导体芯片的功率半导体器件，所述功率半导体器件为普通晶闸管、相控晶闸管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或上述器件的衍生器件。
5、第四方面，本专利技术还提供一种电力电子器件，所述电力电子器件采用如上所述的功率半导体器件，所述电力电子器件为整流器、逆变器、变频器、斩波器或断路器。
6、第五方面，本专利技术还提供一种上述功率半导体芯片的终端结构的制造方法，其中所述终端结构中的截止环结构采用预掺杂和高温推进工艺形成。
7、第六方面，本专利技术还提供另一种功率半导体芯片终端结构的制造方法，所述功率半导体器件芯片包括有源区与终端区，所述终端区位于功率半导体器件芯片的边缘部分，与芯片有源区相接；所述终端区至少具有一第一导电类型半导体区，和位于第一导电类型半导体区一侧的第一半导体基区，所述第一半导体基区具有第二导电类型，所述第二导电类型与第一导电类型相反；所述终端区的制备包括如下步骤：
8、截止环预掺杂步骤：在所述终端区的第一半导体基区表面靠近芯片边缘的区域制备截止环pn结所需的预掺杂层，所述预掺杂层具有第一导电类型的掺杂；
9、截止环高温推进步骤：采用高温扩散技术，将预掺杂层推进至深度达到与所述第一导电类型的半导体区形成连通；
10、倒角步骤：在终端区表面至少第一半导体基区的部分形成一斜面结构。
11、第七方面，本专利技术还提供另一种功率半导体芯片终端结构的制造方法，所述功率半导体器件芯片包括有源区与终端区，所述终端区位于功率半导体器件芯片的边缘部分，与芯片有源区相接；所述终端区至少具有一第一导电类型半导体区，和位于第一导电类型半导体区一侧的第一半导体基区，所述第一半导体基区具有第二导电类型，所述第二导电类型与第一导电类型相反；其特征在于，所述终端区的制备包括如下步骤：
12、倒角步骤：在终端区表面至少第一半导体基区的部分形成一斜面结构；
13、截止环预掺杂步骤：在所述终端区的第一半导体基区表面靠近芯片边缘的区域制备截止环pn结所需的预掺杂层，所述预掺杂层具有第一导电类型的掺杂，所述预掺杂层形成在斜面结构部分；
14、截止环高温推进步骤：采用高温扩散技术，将预掺杂层推进至深度达到与所述第一导电类型的半导体区形成连通。
15、基于上述方案可知，本专利技术的斜角终端结构通过将终端结构斜角边缘必须穿通的pn结，从平面结构改进为纵向垂直结构，使得在加工斜角终端时，只需要考虑斜角的最低宽度要求，即可与pn结穿通，无需更大宽度的磨抛。使得斜角终端结构的制备工艺无需严格考虑结深，极大增大了工艺窗口，提升了工艺良率，增强了器件的阻断电场的性能和耐压能力。本专利技术的功率器件的终端结构、制造方法及功率器件，相对于现有技术，主要的有益效果至少包括以下任意一点：
16、(1)拓宽了终端斜角与芯片基区pn结的兼容窗口：本专利技术的应用范围可覆盖pn结结深不均匀的批量化制备，无需考虑由于高温扩散工艺导致的掺杂深度均匀性偏差过大的问题；
17、(2)提升工艺良率：器件的终端工艺通常位于器件加工流程的末端，因此终端工艺的良率通常会决定器件的最终良率，而由于穿通斜角终端工艺的窗口很小，会有较多的器件在终端工艺制备后并没有达到本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述终端结构位于功率半导体芯片的边缘部分，与芯片有源区相接；所述终端结构至少具有一第一导电类型半导体区，和位于第一导电类型半导体区一侧的第一半导体基区，所述第一半导体基区具有第二导电类型，所述第二导电类型与第一导电类型相反；所述第一半导体基区表面具有一斜面结构，使得所述终端结构部分与所述功率半导体芯片的第一主面形成一负角；在终端结构形成有第一截止环，所述第一截止环形成于第一半导体基区内部靠近终端边缘的一侧，并纵向延伸至与所述第一导电类型半导体区连接，所述第一截止环具有第一导电类型。
2.如权利要求1所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述终端结构还包括位于第一导电类型半导体区另一侧的第二半导体基区，所述终端结构中，仅在所述第一半导体基区表面与功率半导体芯片的第一主面形成斜面结构，在相对于第一主面的第二主面侧为平面结构。
3.如权利要求1所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述终端结构还包括位于第一导电类型半导体区另一侧的第二半导体基区，所述终端结构中，在所述第二半导体基区表面与功率半导体芯片的第
4.如权利要求1-3之一所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述第一和/或第二截止环的掺杂浓度高于第一导电类型半导体区的掺杂浓度。
5.如权利要求1-3之一所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，第一和/或第二截止环的宽度不超过终端结构宽度的四分之一；和/或，
6.如权利要求1-3之一所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述第一半导体基区的斜面结构包括第一斜面区和第二斜面区，其中第一斜面区靠近芯片有源区，与芯片第一主面形成一第一夹角α1；第二斜面区的一端与第一斜面区相接，另一端延伸至芯片边缘；第二斜面与芯片第一主面形成一第二夹角，所述第二夹角大于第一夹角；和/或
7.如权利要求1-3之一所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型；或所述第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。
8.如权利要求2或3所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述第一导电类型半导体区为N型漂移区；所述第一半导体基区为P基区，所述第二半导体基区为P基区。
9.如权利要求2或3所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述第一导电类型半导体区为N型漂移区；所述第一半导体基区为P基区，所述第二半导体基区为P基区；还包括位于所述第一半导体基区一侧的第一P+区，以及所述第二半导体基区一侧的第二P+区。
10.一种功率半导体芯片，其特征在于，所述半导体器件包含有源区及终端区，所述终端区采用如权利要求1-9任一项所述的终端结构。
11.一种包括如权利要求10所述功率半导体芯片的功率半导体器件，其特征在于，所述功率半导体器件为普通晶闸管、相控晶闸管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或上述器件的衍生器件。
12.一种电力电子器件，其特征在于，所述电力电子器件采用如权利要求11所述的功率半导体器件，所述电力电子器件为整流器、逆变器、变频器、斩波器或断路器。
13.一种如权利要求1-9之一所述的功率半导体芯片的终端结构的制造方法，其特征在于，所述终端结构中的第一和/或第二截止环采用预掺杂和高温推进工艺形成。
14.一种功率半导体芯片的制造方法，所述功率半导体芯片包括有源区与终端区，所述终端区位于功率半导体芯片的边缘部分，与芯片有源区相接；所述终端区至少具有一第一导电类型半导体区，和位于第一导电类型半导体区一侧的第一半导体基区，所述第一半导体基区具有第二导电类型，所述第二导电类型与第一导电类型相反；其特征在于，所述终端区的制备包括如下步骤：
15.一种功率半导体芯片的制造方法，所述功率半导体芯片包括有源区与终端区，所述终端区位于功率半导体芯片的边缘部分，与芯片有源区相接；所述终端区至少具有一第一导电类型半导体区，和位于第一导电类型半导体区一侧的第一半导体基区，所述第一半导体基区具有第二导电类型，所述第二导电类型与第一导电类型相反；其特征在于，所述终端区的制备包括如下步骤：
16.如权利要求14所述的功率半导体芯片的制造方法，其特征在于，
17.如权利要求15所述的功率半导体芯片的制造方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述终端结构位于功率半导体芯片的边缘部分，与芯片有源区相接；所述终端结构至少具有一第一导电类型半导体区，和位于第一导电类型半导体区一侧的第一半导体基区，所述第一半导体基区具有第二导电类型，所述第二导电类型与第一导电类型相反；所述第一半导体基区表面具有一斜面结构，使得所述终端结构部分与所述功率半导体芯片的第一主面形成一负角；在终端结构形成有第一截止环，所述第一截止环形成于第一半导体基区内部靠近终端边缘的一侧，并纵向延伸至与所述第一导电类型半导体区连接，所述第一截止环具有第一导电类型。
2.如权利要求1所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述终端结构还包括位于第一导电类型半导体区另一侧的第二半导体基区，所述终端结构中，仅在所述第一半导体基区表面与功率半导体芯片的第一主面形成斜面结构，在相对于第一主面的第二主面侧为平面结构。
3.如权利要求1所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述终端结构还包括位于第一导电类型半导体区另一侧的第二半导体基区，所述终端结构中，在所述第二半导体基区表面与功率半导体芯片的第二主面也形成斜面结构；第二截止环，形成于第二半导体基区内部靠近终端边缘的一侧，并纵向延伸至与所述第一导电类型半导体区连接，所述第二截止环具有第一导电类型。
4.如权利要求1-3之一所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述第一和/或第二截止环的掺杂浓度高于第一导电类型半导体区的掺杂浓度。
5.如权利要求1-3之一所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，第一和/或第二截止环的宽度不超过终端结构宽度的四分之一；和/或，
6.如权利要求1-3之一所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述第一半导体基区的斜面结构包括第一斜面区和第二斜面区，其中第一斜面区靠近芯片有源区，与芯片第一主面形成一第一夹角α1；第二斜面区的一端与第一斜面区相接，另一端延伸至芯片边缘；第二斜面与芯片第一主面形成一第二夹角，所述第二夹角大于第一夹角；和/或
7.如权利要求1-3之一所述的功率半导体芯片的终端结构，其特征在于，所述第一导电类型为n型，第二导电类型为p型；或所述第一导电类型为p型，第二导电类型为n型。...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴沛飞，魏晓光，李玲，刘瑞，张语，王耀华，唐新灵，焦倩倩，李立，姬世宇，黄志涛，
申请(专利权)人：北京怀柔实验室，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。