絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種絕緣柵雙極型晶體管，包括：發(fā)射極；以及半導(dǎo)體主體，其中所述半導(dǎo)體主體包括：第一基區(qū)，具有第一導(dǎo)電類型；源區(qū)，具有不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型，并與所述第一基區(qū)形成第一pn結(jié)；防閂鎖區(qū)（P+），形成在所述第一基區(qū)中，具有至少一個位于所述源區(qū)之下并與所述源區(qū)接觸的第一部分，所述防閂鎖區(qū)具有所述第一導(dǎo)電類型，并且摻雜濃度大于所述第一基區(qū)的摻雜濃度；以及至少一個溝槽，其中，所述至少一個溝槽被填充有柵電極，其中，所述至少一個溝槽具有：第一溝槽部，具有第一寬度；以及第二溝槽部，具有第二寬度；所述第二寬度不同于所述第一寬度。通過本實(shí)用新型的技術(shù)方案，防止了IGBT發(fā)生閂鎖效應(yīng)。
【專利說明】絕緣柵雙極型晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及一種絕緣柵雙極型晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(IGBT:1nsulated Gate Bipolar Transistor)是由金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET:Metal-0xide-Semiconductor Field-EffectTransistor)和雙極型晶體管(BJT:Bipolar Junction Transistor)復(fù)合而成的半導(dǎo)體器件，其兼具這兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既具有MOSFET的驅(qū)動功率小和開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有BJT的飽和壓降低且電流承載容量大的優(yōu)點(diǎn)。因此，近年來IGBT已經(jīng)廣泛應(yīng)用于諸如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等需要進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域。 [0003]圖1示出了現(xiàn)有的IGBT的一個實(shí)例。如圖1所示，IGBT100被示出為具有溝槽柵場終止型結(jié)構(gòu)，其包括順次層疊的P型集電區(qū)ll、n型場終止區(qū)12、n-型漂移區(qū)13、p型基區(qū)14以及η+型源區(qū)15，以及形成在η-型漂移區(qū)13、ρ型基區(qū)14以及η+型源區(qū)15中的柵極16和柵氧化層17。
[0004]進(jìn)一步地，在圖1所示的IGBT100中，柵極16包括具有均勻截面寬度的上部柵極161以及截面寬度大于上部柵極161的截面寬度的下部柵極162。這種結(jié)構(gòu)可被稱為局部窄臺(PNM:Partially Narrow Mesa)結(jié)構(gòu)。在 Masakiyo Sumitomo 等人發(fā)表于 2012 年第 24屆國際功率半導(dǎo)體器件與功率集成電路會議(ISPSD !International Symposium on PowerSemiconductor Devices and IC)的論文“Low Loss IGBT with Partially Narrow MesaStructure (PNM-1GBT) ”以及美國專利第US7800187B2號中記載了具有類似結(jié)構(gòu)的IGBT。通過形成如圖1中虛線框所示的局部窄臺結(jié)構(gòu)(兩個相鄰溝槽柵之間的基區(qū)被窄化)，能夠在確保不減小金屬-半導(dǎo)體接觸面積的情況下減小臺面寬度(兩個相鄰溝槽柵之間的基區(qū)的寬度)，從而IGBT100的飽和電壓顯著降低，并且通態(tài)電壓和關(guān)斷損耗之間也能獲得良好權(quán)衡。
[0005]然而，在圖1所示的IGBT100中，臺面區(qū)域變窄使得該區(qū)域中的電流密度增加。在IGBT100關(guān)斷過渡期間，該區(qū)域中的大部分或者幾乎所有的電流由空穴運(yùn)載，高空穴電流密度要流向下一個P接觸區(qū)，導(dǎo)致電流在流過P型基區(qū)14的位于η+型源區(qū)15之下的部分時(shí)產(chǎn)生橫向電壓降(lateral voltage drop)。該電壓降使得IGBT100的寄生晶閘管(具有由P型集電區(qū)11、η型場終止區(qū)12/η-型漂移區(qū)13、ρ型基區(qū)14以及η+型源區(qū)15構(gòu)成的PNPN結(jié)構(gòu))中的NPN管被導(dǎo)通,這特別是在過電流截止(over-current-turn-off)時(shí)更容易發(fā)生。結(jié)果，IGBT100發(fā)生閂鎖(Latch up)效應(yīng)，其中的等效MOSFET的控制能力降低甚至無效，IGBT100最終將因過熱而損壞。
[0006]對于局部窄臺結(jié)構(gòu)的IGBT可能出現(xiàn)如上所述的閂鎖現(xiàn)象，不僅如此，對于通常的IGBT也可能出現(xiàn)閂鎖現(xiàn)象。
[0007]第二個問題是:在PNM-1GBT中，通常實(shí)現(xiàn)了溝槽的高密度。因此，PNM-1GBT每個區(qū)域都具有大的溝道寬度和高的溝道導(dǎo)電率。這意味著在短路操作時(shí)，極高的電流密度流過器件，并伴隨有高的集電極-發(fā)射極電壓。這將導(dǎo)致器件在幾個微秒內(nèi)損壞。
[0008]第三個問題是:臺面結(jié)構(gòu)的末端將會有拐角(corner)或者溝槽(trench)的以某種方式弄圓的結(jié)構(gòu)。由于幾何原因(如果柵極圍繞該拐角將會更明顯(effective)，由于溝道區(qū)域不同的摻雜等級(在氧化期間硼分離到柵極氧化物中，或在不同的晶面(crystallographic plane)平面中高溫退火是不同的),或者由于柵極氧化物不同的性能，例如厚度或界面電荷(這些也取決于各個晶面)，在該區(qū)域(臺面末端區(qū)域)，MOS溝道閾值電壓將不同于(通常低于)臺面的長側(cè)處的電壓。這會導(dǎo)致在臺面末端更高的電流密度或者甚至長期退化和閾值電壓的不穩(wěn)定。
[0009]PNM-1GBT在US6521538B2以及US7800187B2中進(jìn)行了描述。然而，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有提出對于上述技術(shù)問題的解決方案。在US7800187B2中所示的結(jié)構(gòu)具有以下缺陷:與η+區(qū)的接觸以及間隔的P體區(qū)占用很大區(qū)域，這抵消了 PNM-1GBT的基本思想，PNM-1GBT的基本思想是實(shí)現(xiàn)非常窄的臺面區(qū)域，從而在導(dǎo)通狀態(tài)下在η基體區(qū)域中實(shí)現(xiàn)高載流子濃度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]鑒于上述問題，期望提供至少能夠避免上述一個缺陷的IGBT器件。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，提供了一種絕緣柵雙極型晶體管，包括:發(fā)射極；以及半導(dǎo)體主體，其中所述半導(dǎo)體主體包括:第一基區(qū)，具有第一導(dǎo)電類型；源區(qū)，具有不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型，并與所述第一基區(qū)形成第一 pn結(jié)；防閂鎖區(qū)，形成在所述第一基區(qū)中，具有至少一個位于所述源區(qū)之下并與所述源區(qū)接觸的第一部分，所述防閂鎖區(qū)具有所述第一導(dǎo)電類型，并且摻雜濃度大于所述第一基區(qū)的摻雜濃度；以及至少一個溝槽，其中，所述至少一個溝槽被填充有柵電極，其中，所述至少一個溝槽具有:第一溝槽部，具有第一寬度；以及第二溝槽部，具有第二寬度；所述第二寬度不同于所述第一寬度。
[0012]優(yōu)選地，所述第一基區(qū)的一部分橫向方向位于所述防閂鎖區(qū)的第二部分和所述至少一個溝槽之間。
[0013]優(yōu)選地，所述第一基區(qū)的一部分橫向方向位于所述防閂鎖區(qū)的第一部分和所述至少一個溝槽之間。
[0014]優(yōu)選地，所述防閂鎖區(qū)與所述溝槽之間的距離為100nm-800nm。
[0015]優(yōu)選地，所述防閂鎖區(qū)的至少一部分與所述至少一個第一溝槽的絕緣部接觸，所述絕緣部將所述柵電極至少與所述源區(qū)和所述第一基區(qū)絕緣。
[0016]優(yōu)選地，所述源區(qū)包括第一源區(qū)和第二源區(qū)，其中，所述防閂鎖區(qū)的第二部分和所述第一基區(qū)的在所述發(fā)射極側(cè)的表面的一部分位于所述發(fā)射極側(cè)的所述第一源區(qū)的表面和所述第二源區(qū)的表面之間。
[0017]優(yōu)選地，所述源區(qū)沿著所述第一方向的寬度為0.5 μ m-3 μ m。
[0018]優(yōu)選地，所述防閂鎖區(qū)形成有凹槽，其中，所述凹槽被填充有所述發(fā)射極的一部分，使得所述發(fā)射極與所述源區(qū)和所述防閂鎖區(qū)接觸。
[0019]優(yōu)選地，所述凹槽的深度至少等于所述防閂鎖區(qū)的第一部分和所述源區(qū)之間的pn結(jié)的深度。
[0020]優(yōu)選地，所述凹槽在與所述至少一個溝槽的延伸方向相同的方向延伸。[0021]優(yōu)選地，介電層位于所述發(fā)射極和所述半導(dǎo)體主體之間；
[0022]所述發(fā)射極包括:第一發(fā)射極部分，位于所述介電層之上；以及第二發(fā)射極部分，穿過所述介電層，從所述第一發(fā)射極部分延伸至所述凹槽中。
[0023]優(yōu)選地，所述源區(qū)包括第一源區(qū)和第二源區(qū)，分別位于所述第二發(fā)射極部分的兩側(cè)。
[0024]優(yōu)選地，所述第二溝槽部沿所述絕緣柵雙極型晶體管的垂直方向設(shè)置在所述第一溝槽部之下，其中，在所述絕緣柵雙極型晶體管的橫向方向，所述第二寬度大于所述第一寬度。
[0025]優(yōu)選地，所述第一溝槽部的第一寬度是沿所述第一溝槽部的均勻?qū)挾取?br> [0026]優(yōu)選地，所述至少一個溝槽包括絕緣部，將所述柵電極至少與所述源區(qū)和所述第
一基區(qū)絕緣。
[0027]優(yōu)選地，一對所述柵極溝槽和所述源區(qū)限定出一個臺面結(jié)構(gòu)，所述臺面結(jié)構(gòu)的末端的某些位置具有拐角結(jié)構(gòu)、倒角結(jié)構(gòu)或圓弧結(jié)構(gòu)。
[0028]優(yōu)選地，所述防閂鎖區(qū)的多個部位以預(yù)定間隔延伸至所述柵極溝槽結(jié)構(gòu)的預(yù)定位置。
[0029]優(yōu)選地，所述柵極還包括:柵極溝槽連接部，垂直于所述至少一個柵極溝槽的延伸方向，并連接兩個所述柵極溝槽。
[0030]優(yōu)選地，所述防閂鎖區(qū)的預(yù)定部位延伸至所述柵極溝槽連接部；或所述防閂鎖區(qū)的預(yù)定部位延伸至所述至少一個溝槽與所述柵極溝槽連接部所形成的拐角處。
[0031]優(yōu)選地，所述絕緣柵雙極型晶體管是溝槽柵場終止型絕緣柵雙極型晶體管。
[0032]優(yōu)選地，所述的絕緣柵雙極型晶體管還包括:漂移區(qū)，具有不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型，并位于所述第一基區(qū)的與發(fā)射極側(cè)相反的一側(cè)，并與所述第一基區(qū)形成第二 pn結(jié)；集電區(qū)，具有所述第一導(dǎo)電類型，并位于所述第二基區(qū)的與所述第一基區(qū)側(cè)相反的一側(cè)；以及集電極，與所述集電區(qū)接觸。
[0033]優(yōu)選地，所述至少一個溝槽在所述漂移區(qū)中延伸。
[0034]優(yōu)選地，所述的絕緣柵雙極型晶體管，還包括:介電層，位于所述發(fā)射極和所述第一基區(qū)之間；所述發(fā)射極包括:第一發(fā)射極部分，位于所述介電層之上；以及第二發(fā)射極部分，穿過所述介電層，從所述第一發(fā)射極部分延伸至所述源區(qū)，并與所述源區(qū)形成接觸區(qū)。
[0035]優(yōu)選地，在所述發(fā)射極和所述源區(qū)之間設(shè)置有接觸區(qū)。
[0036]優(yōu)選地,所述接觸區(qū)包含硒或硫原子。
[0037]優(yōu)選地，所述接觸區(qū)是阻擋層。
[0038]優(yōu)選地，所阻擋層包括T1、Tiw、TiN, TaN中的至少一個。
[0039]通過本實(shí)用新型的技術(shù)方案，有效防止了在IGBT發(fā)生閂鎖(Latchup)效應(yīng)；而且降低了在短路操作時(shí)流過器件的電流密度，延長了器件壽命；減小或消除了 MOS溝道閾值電壓的不穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]在附圖中，不同視圖中的相似參考符號一般表示相同部分。附圖不一定按比例繪制，重點(diǎn)在于對本實(shí)用新型的原則進(jìn)行圖解說明。在以下說明中，根據(jù)以下附圖對本實(shí)用新型的各個實(shí)施方式進(jìn)行了說明，在附圖中:
[0041 ] 圖1是示出現(xiàn)有的IGBT的一個實(shí)例的斜視圖；
[0042]圖2A是示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施方式的IGBT的截面圖；
[0043]圖2B是示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施方式的IGBT的斜視圖。
[0044]圖3是示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個變形例的IGBT的斜視圖；
[0045]圖4是示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個變形例的IGBT的斜視圖；
[0046]圖5A、圖5B和圖5C是示出根據(jù)本實(shí)用新型的另外的幾個變形例的IGBT的截面圖；以及
[0047]圖6是示出根據(jù)本實(shí)用新型的另一個變形例的IGBT的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]以下詳細(xì)說明參照附圖進(jìn)行，附圖以圖解方式示出可實(shí)施本實(shí)用新型的具體細(xì)節(jié)和實(shí)施方式。
[0049]本文可使用關(guān)于在側(cè)面或表面“之上”形成材料的詞語“之上”，表示該材料可“直接”形成于所述側(cè)面或表面“之上”，例如，與其直接接觸；或者，也可表示材料“間接”形成于所述側(cè)面或表面“之上”，所述側(cè)面或表面與該材料之間設(shè)有一個或多個附加層。因?yàn)閷?shí)施方式的組件可設(shè)置于多種不同的方位，所以方向性術(shù)語僅用于示出的目的，而絕不是用于限制。
[0050]本實(shí)用新型的核心之一是通過在源區(qū)之下使用區(qū)域ρ+(防閂鎖區(qū))防止在IGBT中發(fā)生閂鎖。
[0051]本實(shí)用新型的實(shí)施方式中，在η+源區(qū)之下插入一區(qū)域p+，目的是減小源區(qū)之下的P區(qū)的電阻。因此空穴能夠通過該高導(dǎo)電率區(qū)域流到發(fā)射極接觸區(qū)(contact)，而不會導(dǎo)致壓降過大以將源極-體區(qū)-Pn結(jié)正向偏置，從而防止了閂鎖。
[0052]優(yōu)選實(shí)施例:
[0053]I)在一個優(yōu)選實(shí)施例中，區(qū)域ρ+和通過溝槽接觸與η+源區(qū)同時(shí)接觸。
[0054]2)在第二優(yōu)選實(shí)施例中，區(qū)域P+到達(dá)位于臺面的末端的某些位置的溝槽。這可以是一個拐角(corner)或者位于臺面的最末端。在這些位置，源極之下的ρ摻雜如此高，以至于在額定范圍內(nèi)的柵極電壓下沒有MOS溝道能夠形成。因此，上述降低的或不穩(wěn)定的MOS閾值電壓的問題得到了解決。
[0055]3)在第三優(yōu)選實(shí)施例中，區(qū)域P+到達(dá)溝槽的沿著臺面的大部分或多或少的規(guī)則間隔開的位置。這導(dǎo)致溝道寬度以及短路模式流過的電流的相當(dāng)大的減少。取決于剩余的有源溝道寬度，可以實(shí)現(xiàn)更長的短路持續(xù)時(shí)間。
[0056]以下參照附圖具體描述:
[0057]圖2Α是示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施方式的IGBT的截面圖。參照圖2Α，IGBT200被示出為具有溝槽柵場終止型結(jié)構(gòu)，其包括順次層疊的集電極C、ρ型集電區(qū)21、η型場終止區(qū)22、η-型漂移區(qū)23 ;半導(dǎo)體主體，其中所述半導(dǎo)體主體包括:ρ型基區(qū)24以及η+型源區(qū)25，以及形成在η-型漂移區(qū)23、ρ型基區(qū)24以及η+型源區(qū)25中的柵極26和柵氧化層27，其中，所述η+型源區(qū)25與所述第一基區(qū)24形成第一 pn結(jié)。另外，在ρ型基區(qū)
24、η+型源區(qū)25、柵極26的上表面上形成有介電層(層間電介質(zhì))28。其中，η-型漂移區(qū)23位于所述第一基區(qū)24的與發(fā)射極側(cè)相反的一側(cè)，并與所述第一基區(qū)24形成第二 pn結(jié)。
[0058]IGBT200還包括至少一個溝槽，其中所述至少一個溝槽被填充有柵電極26，其中，所述至少一個溝槽具有:第一溝槽部261 (為了便于說明，填充在所述第一溝槽部261中的第一柵極部也由標(biāo)號261表示)，具有第一寬度；以及第二溝槽部262 (為了便于說明，填充在所述第二溝槽部262中的第二柵極部也由標(biāo)號262表示)。所述第二溝槽部262沿所述絕緣柵雙極型晶體管200的垂直方向設(shè)置在所述第一溝槽部261之下，其中，在所述絕緣柵雙極型晶體管200的橫向方向，所述第二寬度大于所述第一寬度。所述至少一個溝槽在所述漂移區(qū)23中延伸。
[0059]所述第一溝槽部261的第一寬度是沿所述第一溝槽部的均勻?qū)挾取?br> [0060]所述至少一個溝槽包括絕緣部27，將所述柵電極26至少與所述源區(qū)25和所述第一基區(qū)24絕緣。
[0061]IGBT200還具有發(fā)射極29,發(fā)射極29包括第一發(fā)射極部分291和第二發(fā)射極部分292。第一發(fā)射極部分291形成在介電層28上，換句話說，介電層28位于所述發(fā)射極29和所述半導(dǎo)體主體之間。第二發(fā)射極部分292從第一發(fā)射極部分291的下表面向下延伸穿過介電層28，與η+型源區(qū)25接觸。
[0062]集電區(qū)21具有所述第一導(dǎo)電類型，并位于所述第二基區(qū)(漂移區(qū)23)的與所述第一基區(qū)24側(cè)相反的一側(cè)；集電極C與所述集電區(qū)21接觸。
[0063]該實(shí)施方式中，還設(shè)置有接觸區(qū)P+ (防閂鎖區(qū))，形成在P型基區(qū)24中，所述接觸區(qū)P+的至少一部分位于所述源區(qū)25之下并與所述源區(qū)25接觸，所述接觸區(qū)P+為P+摻雜，并且摻雜濃度大于所述第一基區(qū)24的摻雜濃度。所述防閂鎖區(qū)P+的至少一部分與所述至少一個第一溝槽的絕緣部27接觸。
[0064]其中，所述防閂鎖區(qū)P+與所述發(fā)射極29接觸。所述防閂鎖區(qū)P+具有與源區(qū)25橫向相鄰的第二部。所述第一基區(qū)的一部分橫向方向位于所述防閂鎖區(qū)P+的第二部分和所述至少一個溝槽之間。
[0065]優(yōu)選地，所述防閂鎖區(qū)P+與所述柵極溝槽之間的距離為100nm-800nm。
[0066]所述防閂鎖區(qū)P+的至少一部分與所述溝槽的絕緣部27接觸，所述絕緣部27將所述柵電極26至少與所述源區(qū)25和所述第一基區(qū)24絕緣。
[0067]所述源區(qū)25包括第一源區(qū)和第二源區(qū)，其中，所述防閂鎖區(qū)P+的第二部分和所述第一基區(qū)24的在所述發(fā)射極側(cè)的表面的一部分位于所述發(fā)射極29側(cè)的所述第一源區(qū)的表面和所述第二源區(qū)的表面之間。
[0068]一對所述柵極溝槽和所述源區(qū)25限定出一個臺面結(jié)構(gòu)，所述臺面結(jié)構(gòu)的末端的某些位置具有拐角結(jié)構(gòu)、倒角結(jié)構(gòu)或圓弧結(jié)構(gòu)。通過設(shè)置接觸區(qū)P+，能夠減小源區(qū)25之下的P區(qū)的電阻。因此空穴能夠通過該高導(dǎo)電率區(qū)域流到發(fā)射極接觸區(qū)(contact)，而不會在該區(qū)域產(chǎn)生過大的壓降，以將源極-體區(qū)-pn結(jié)正向偏置，從而防止了閂鎖。
[0069]圖2B是示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施方式的IGBT的斜視圖。
[0070]在圖2B中，為便于觀察，省略了發(fā)射極與半導(dǎo)體上側(cè)表面之間的介電層。
[0071]該實(shí)施方式中，所述源區(qū)25可包括η個子源區(qū)，以預(yù)定間隔沿著第一方向(即圖中垂直于紙面的方向)設(shè)置于所述第一基區(qū)24之上，其中η為大于或等于2的整數(shù)。
[0072]可用不同的方式制造所述接觸區(qū)P+。如果使用了與半導(dǎo)體表面的平面接觸，該接觸區(qū)P+能夠在所述第一方向以與源區(qū)25交替的方式制造。在沒有源區(qū)25的位置處，區(qū)域P+域可到達(dá)半導(dǎo)體表面。
[0073]S卩，除了前面所提到的，所述接觸區(qū)P+的一部分位于所述源區(qū)25之下并與所述源區(qū)25接觸，所述接觸區(qū)P+還可包括第二部分，該第二部分與所述η個子源區(qū)交替設(shè)置。
[0074]第一方向上的子源極區(qū)的寬度必須保持足夠小(例如，0.5 μ m - 3 μ m),以盡量減少該子源極區(qū)之下可能產(chǎn)生閂鎖效應(yīng)的電流的路徑，從而防止發(fā)生閂鎖。
[0075]圖2B中示出了源區(qū)25包括兩個子源區(qū)，分別設(shè)置于半導(dǎo)體表面的前部和后部，接觸區(qū)P+的第二部分設(shè)置于兩個子源區(qū)之間；所述接觸區(qū)P+的第二部分的上表面與所述源區(qū)25的上表面齊平，當(dāng)然也可以設(shè)置為并非齊平。
[0076]其中，柵極26形成于柵極溝槽中，其包括:第一柵極部分261，具有均勻?qū)挾?；以及第二柵極部分262，位于所述第一柵極部分261以下，并且具有大于所述均勻?qū)挾鹊膶挾取?br> [0077]一對所述柵極溝槽與所述源區(qū)25限定出一個臺面結(jié)構(gòu)，所述臺面結(jié)構(gòu)的末端的某些位置具有拐角結(jié)構(gòu)、倒角結(jié)構(gòu)或圓弧結(jié)構(gòu)。
[0078]圖3是示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個變形例的IGBT的斜視圖；
[0079]接觸區(qū)域P+的另一種可能性是使用凹槽(groove)接觸來將接觸區(qū)連接到發(fā)射極金屬。
[0080]圖3中示出了這樣的實(shí)施方式。該實(shí)施方式與圖2A、圖2B中所示的實(shí)施方式相t匕，主要區(qū)別在于，接觸區(qū)P+的上表面形成有凹槽(groove) G1，其中，所述凹槽Gl被填充有所述發(fā)射極39的一部分，使得所述發(fā)射極與所述源區(qū)35和所述防閂鎖區(qū)P+接觸。凹槽Gl的延伸方向可與柵極36的溝槽(trench)的延伸方向相同，即圖中垂直于紙面的方向。第二發(fā)射極部分392的下部穿過η+型源區(qū)35并延伸至凹槽Gl的底部。由于發(fā)射極39與接觸區(qū)P+形成了凹槽接觸，其旁路(bypass)所述基區(qū)34和η+源區(qū)35之間的pn結(jié),從而部分地短路由P型集電區(qū)31、η型場終止區(qū)32、η-型漂移區(qū)33、ρ型基區(qū)34以及η+型源區(qū)35形成的PNPN結(jié)構(gòu)，也就是說，由η-型漂移區(qū)33、ρ型基區(qū)34以及η+型源區(qū)35形成的寄生ηρη晶體管在ρ型基區(qū)34和η+型源區(qū)35之間起到短路作用。因此在IGBT300過電流截止期間，P型基區(qū)34的位于η+型源區(qū)35之下的長度被限制到溝槽和凹槽接觸之間的距離，從而降低截止期間的歐姆壓降。因此，避免了 IGBT300在截止期間出現(xiàn)閂鎖，保證了 IGBT300的正常工作。
[0081]優(yōu)選地，凹槽Gl的深度至少等于所述接觸區(qū)P+的第一部分和η+型源區(qū)35之間形成的pn結(jié)的深度。在這種情況下，可以使用連續(xù)的η+源區(qū)。如圖3中所示，所述源區(qū)25包括第一源區(qū)和第二源區(qū)，分別位于所述第二發(fā)射極部分392兩側(cè)。其中第一源區(qū)和第二源區(qū)各自都為連續(xù)的，不同于圖2Α、圖2Β中所示的以預(yù)定間隔設(shè)置。
[0082]所述凹槽Gl在與至少一個溝槽的延伸方向相同的方向延伸。其中，凹槽Gl的底部可距由P型基區(qū)34和η+型源區(qū)35共同形成的半導(dǎo)體上側(cè)表面0.2至1.5 μ m。
[0083]由此，可以確保IGBT300中的寄生ηρη晶體管的基區(qū)和發(fā)射極被有效地短路。
[0084]圖4是示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個變形例的IGBT的截面圖；以及
[0085]圖4中所示的實(shí)施方式中，IGBT400是從源區(qū)45的上表面剖開的。與之前的實(shí)施方式不同之處在于，所述IGBT400的柵極26還包括:第三柵極部分44，具有均勻?qū)挾?，垂直于所述第一柵極部分461，第二柵極部462，并連接彼此相對的兩個第一柵極部分461和462。
[0086]第三柵極部463，也稱作溝槽連接部，垂直于所述至少一個柵極溝槽的延伸方向，并連接兩個所述柵極溝槽。
[0087]所述防閂鎖區(qū)P+的預(yù)定部位延伸至所述柵極溝槽連接部463 ;或所述防閂鎖區(qū)P+的預(yù)定部位延伸至所述至少一個溝槽與所述柵極溝槽連接部463所形成的拐角處。
[0088]圖5A、圖5B和圖5C是示出根據(jù)本實(shí)用新型的另外的幾個變形例的IGBT的截面圖；
[0089]圖5A、圖5B和圖5C示出了區(qū)域P+接觸溝槽的實(shí)施例。所示的三個實(shí)施例是沿著η+源極區(qū)之下(以及接觸凹槽之下)的深度水平剖開的。
[0090]根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，所述接觸區(qū)P+延伸至所述臺面結(jié)構(gòu)末端的柵極溝槽的預(yù)定位置。其中，所述接觸區(qū)P+的邊緣處與柵極溝槽的距離必須相當(dāng)小，例如，100nm-800nm。這也指的是不位于臺面結(jié)構(gòu)的末端的接觸區(qū)P+的某些部分。
[0091]防閂鎖區(qū)P+的多個部位以預(yù)定間隔延伸至所述柵極溝槽結(jié)構(gòu)的預(yù)定位置。
[0092]具體地，如圖5A所示，所述接觸區(qū)P+的預(yù)定部位(左上側(cè)角581和右上側(cè)角582延伸至所述第一、第二柵極部分461，462的溝槽與所述第三柵極部分463的溝槽形成的拐角處。該拐角(corner)可以為90度至135°角或其他角度,也可以是弄圓了的角。
[0093]如圖5B所述,所述接觸區(qū)P+的預(yù)定部位延伸至臺面結(jié)構(gòu)的一側(cè)的整個末端583,即，所述第三柵極部分的溝槽處；
[0094]在這些位置，源極之下的ρ摻雜如此高，以至于在額定范圍內(nèi)的柵極電壓下沒有MOS溝道能夠形成。因此，上述降低的或不穩(wěn)定的MOS閾值電壓的問題得到了解決。
[0095]如圖5C所述，區(qū)域P+到達(dá)溝槽的沿著臺面的大部分或多或少的規(guī)則間隔開的位置，具體地，所述接觸區(qū)P+多個部位585、586以預(yù)定間隔延伸至靠近所述第一柵極的溝槽處。
[0096]圖5C所示的技術(shù)方案，能夠?qū)е聹系缹挾冉档鸵约岸搪纺Ｊ搅鬟^的電流的相當(dāng)大的降低。取決于剩余的有源溝道寬度，可以實(shí)現(xiàn)更長的短路持續(xù)時(shí)間。
[0097]圖6是示出根據(jù)本實(shí)用新型的另一個變形例的IGBT的截面圖。
[0098]本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施例通過不同的方法防止閂鎖。此處，通過將摻雜等級降至，例如，l*1019cm-3或者甚至優(yōu)選降至l*1018cm_3之下，η+源區(qū)的發(fā)射效率會降低。由于只有當(dāng)ηρη晶體管(η源極/p體區(qū)/n漂移區(qū))以及pnp晶體管(ρ發(fā)射極/n漂移區(qū)/p體區(qū))的增益之和達(dá)到I時(shí)，閂鎖才會出現(xiàn)，降低ηρη結(jié)晶體管的增益能夠防止閂鎖。由于與唯一適度高摻雜的η源極的接觸電阻將會很高，沒有進(jìn)一步措施，該實(shí)施例應(yīng)該與位于接觸金屬和η源極之間的界面處的額外接觸區(qū)相結(jié)合。該額外的接觸區(qū)具有低接觸電阻，可以是注入有，例如，硒或硫離子的區(qū)域。特別地，硒原子的注入導(dǎo)致歐姆接觸處于較低摻雜濃度，因?yàn)樵陔x子注入范圍的末端，硒原子分離并部分形成能量級深深位于帶隙間的電無源簇(inactive cluster)。通常的注入劑量在3*1013硒原子每cm3和3*1014硒原子每cm3。離子注入能量應(yīng)該在20和150KeV之間或者最好在30至70keV之間范圍內(nèi)。
[0099]可選地，可通過高劑量注入通常非摻雜元素(例如氬或硅)能夠?qū)崿F(xiàn)具有強(qiáng)損壞以及深能級高濃度的歐姆接觸區(qū)；優(yōu)選地，后續(xù)退火溫度應(yīng)該在950° C之下或者在350° C之下更好，或者在300° C之下更好。[0100]此外，可以提供源極區(qū)中的η型摻雜等級的橫向變化；例如，該區(qū)域中較高的摻雜級別(其中P型濃度高)，以及該區(qū)域中較低的摻雜級別(其中，P型濃度低)。以此方式，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射極效率的同質(zhì)的(homogenous)降低。
[0101]圖6所示的IGBT600為采用上述方法形成的，與圖2A所示的IGBT200的區(qū)別在于發(fā)射極69的第二部分692之下形成有額外的接觸區(qū)61。
[0102]如圖6所不，發(fā)射極69,位于所述源區(qū)65之上；介電層68,位于所述發(fā)射極69和所述第一基區(qū)64之間；所述發(fā)射極69包括:第一發(fā)射極部分691，位于所述介電層68之上；以及第二發(fā)射極部分692，穿過所述介電層68。與所述源區(qū)65的電接觸是通過額外的接觸區(qū)61實(shí)現(xiàn)的。該接觸區(qū)61設(shè)置在發(fā)射極和源區(qū)65之間。
[0103]所述接觸區(qū)61包含硒或硫原子。所述接觸區(qū)61是阻擋層。所阻擋層包括T1、TiW、TiN, TaN中的至少一個。
[0104]通過圖6所示的技術(shù)方案，同樣能夠有效防止閂鎖的形成。
[0105]盡管上文以具有局部窄臺結(jié)構(gòu)的IGBT器件為例進(jìn)行了說明，但本實(shí)用新型的技術(shù)不限于此，例如也可應(yīng)用于具有通常的溝槽柵結(jié)構(gòu)的IGBT盡管上文以具有溝槽柵場終止型結(jié)構(gòu)的IGBT器件為例進(jìn)行了說明，但本實(shí)用新型的技術(shù)不限于此，例如也可應(yīng)用于平面柵結(jié)構(gòu)的IGBT器件。在除上文所述的IGBT器件之外的具有其他結(jié)構(gòu)的IGBT器件中，應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)，同樣能夠有效地避免閂鎖效應(yīng)的發(fā)生。
[0106]上文根據(jù)特定實(shí)施方式對本實(shí)用新型進(jìn)行了具體示出和說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，只要不脫離所附權(quán)利要求限定的本實(shí)用新型的主旨和范圍，可對其形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變。因此，本實(shí)用新型的范圍如所附權(quán)利要求所述，因此，只要符合權(quán)利要求等同物的意義和范圍，可進(jìn)行各種改變。
【權(quán)利要求】
1.一種絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400，600)，其特征在于，包括: 發(fā)射極(29，39);以及 半導(dǎo)體主體，其中所述半導(dǎo)體主體包括: 第一基區(qū)(24，34，44)，具有第一導(dǎo)電類型； 源區(qū)(25，35，45)，具有不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型，并與所述第一基區(qū)(24,34)形成第一 pn結(jié)； 防閂鎖區(qū)(P+)，形成在所述第一基區(qū)(24，34，44)中，具有至少一個位于所述源區(qū)(25，35，45)之下并與所述源區(qū)(25，35，45)接觸的第一部分，所述防閂鎖區(qū)(P+)具有所述第一導(dǎo)電類型，并且摻雜濃度大于所述第一基區(qū)(34)的摻雜濃度；以及 柵極，形成在柵極溝槽中，其中，所述柵極溝槽被填充有柵電極，其中，所述柵極溝槽具有:第一溝槽部(261)，具有第一寬度；以及第二溝槽部(262)，具有第二寬度；所述第二寬度不同于所述第一寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400，600)，其特征在于，所述防閂鎖區(qū)(P+)與所述發(fā)射極(29，292，39，392)接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400，600)，其特征在于，所述防閂鎖區(qū)(P+)具有與源區(qū)(25，35，45)橫向相鄰的第二部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400，600)，其特征在于，所述第一基區(qū)的一部分橫向方向位于所述防閂鎖區(qū)(P+)的第二部分和所述柵極溝槽之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400，600)，其特征在于，所述第一基區(qū)的一部分橫向方向位于所述防閂鎖區(qū)(P+)的第一部分和所述柵極溝槽之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300,400,)，其特征在于，所述防閂鎖區(qū)(P+)與所述柵極溝槽之間的距離為100nm-800nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于，所述防閂鎖區(qū)(P+)的至少一部分與所述柵極溝槽的絕緣部(27)接觸，所述絕緣部(27)將所述柵電極(26 )至少與所述源區(qū)(25 )和所述第一基區(qū)(24，34)絕緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于，所述源區(qū)(25，35，45)包括第一源區(qū)和第二源區(qū)，其中，所述防閂鎖區(qū)(P+)的第二部分和所述第一基區(qū)(24，34)的在所述發(fā)射極側(cè)的表面的一部分位于所述發(fā)射極側(cè)的所述第一源區(qū)的表面和所述第二源區(qū)的表面之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(200)，其特征在于，所述源區(qū)(25，35，45)沿著所述第一方向的寬度為0.5μπι-3μπι。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于， 所述防閂鎖區(qū)(Ρ+)形成有凹槽(G1，G2)，其中，所述凹槽(G1，G2)被填充有所述發(fā)射極(29，39)的一部分，使得所述發(fā)射極與所述源區(qū)(25，35，45)和所述防閂鎖區(qū)(P+)接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于， 所述凹槽(G1，G2)的深度至少等于所述防閂鎖區(qū)(P+)的第一部分和所述源區(qū)(25，35，45)之間的pn結(jié)的深度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300)，其特征在于，所述凹槽(Gl，G2)在與所述柵極溝槽的延伸方向相同的方向延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于， 介電層(28)位于所述發(fā)射極(29，39)和所述半導(dǎo)體主體之間； 所述發(fā)射極(29，39)包括: 第一發(fā)射極部分(291，391)，位于所述介電層(28 )之上；以及 第二發(fā)射極部分(292，392)，穿過所述介電層(28)，從所述第一發(fā)射極部分(291，391)延伸至所述凹槽(G1，G2)中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于， 所述源區(qū)(25，35，45)包括第一源區(qū)和第二源區(qū)，分別位于所述第二發(fā)射極部分(292，392)的兩側(cè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求 1-4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300)，其特征在于，所述第二溝槽部(262)沿所述絕緣柵雙極型晶體管(300)的垂直方向設(shè)置在所述第一溝槽部(261)之下，其中，在所述絕緣柵雙極型晶體管(300)的橫向方向，所述第二寬度大于所述第一寬度。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300)，其特征在于，所述第一溝槽部(261)的第一寬度是沿所述第一溝槽部的均勻?qū)挾取?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300)，其特征在于， 所述柵極溝槽包括絕緣部(27)，將所述柵電極(26)至少與所述源區(qū)(25)和所述第一基區(qū)(24，34)絕緣。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400)，其特征在于， 一對所述柵極溝槽和所述源區(qū)(25，35，45)限定出一個臺面結(jié)構(gòu)，所述臺面結(jié)構(gòu)的末端的某些位置具有拐角結(jié)構(gòu)、倒角結(jié)構(gòu)或圓弧結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300)，其特征在于， 所述防閂鎖區(qū)(P+)的多個部位以預(yù)定間隔延伸至所述柵極溝槽的結(jié)構(gòu)的預(yù)定位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的絕緣柵雙極型晶體管(400)，其特征在于， 所述柵極(46)還包括:柵極溝槽連接部(463)，垂直于所述柵極溝槽的延伸方向，并連接兩個所述柵極溝槽。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的絕緣柵雙極型晶體管(400)，其特征在于， 所述防閂鎖區(qū)(P+)的預(yù)定部位(583，584)延伸至所述柵極溝槽連接部(463);或所述防閂鎖區(qū)(P+)的預(yù)定部位(581，582，586)延伸至所述柵極溝槽與所述柵極溝槽連接部(463)所形成的拐角處。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400)，其特征在于， 所述絕緣柵雙極型晶體管(200，300 )是溝槽柵場終止型絕緣柵雙極型晶體管。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400)，其特征在于，還包括: 漂移區(qū)(23，33，43)，具有不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型，并位于所述第一基區(qū)(24，34，44)的與發(fā)射極側(cè)相反的一側(cè)，并與所述第一基區(qū)(24，34)形成第二 pn結(jié)；集電區(qū)(21，31，41)，具有所述第一導(dǎo)電類型，并位于所述漂移區(qū)(23，33，43)的與所述第一基區(qū)(24，34，44)側(cè)相反的一側(cè)；以及集電極(C)，與所述集電區(qū)(21，31，41)接觸。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400)，其特征在于:所述柵極溝槽在所述漂移區(qū)(23)中延伸。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(600)，其特征在于還包括:介電層(68 )，位于所述發(fā)射極(69 )和所述第一基區(qū)(64 )之間；所述發(fā)射極(69)包括:第一發(fā)射極部分(691 )，位于所述介電層(68)之上；以及第二發(fā)射極部分(692)，穿過所述介電層(68)，從所述第一發(fā)射極部分(691)延伸至所述源區(qū)(65)，并與所述源區(qū)(65)形成接觸區(qū)(61)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管(600)，其特征在于:在所述發(fā)射極和所述源區(qū)(65)之間設(shè)置有接觸區(qū)(61)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的絕緣柵雙極型晶體管(600)，其特征在于:所述接觸區(qū)(61)包含硒或硫原子。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的絕緣柵雙極型晶體管(600)，其特征在于:所述接觸區(qū)(61)是阻擋層。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的絕緣柵雙極型晶體管(600)，其特征在于:所阻擋層包括T1、Tiff, TiN, TaN中的至少一個。
【文檔編號】H01L29/10GK203456468SQ201320220862
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月26日
【發(fā)明者】弗蘭克·普菲爾什, 漢斯-約阿希姆·舒爾茨, 霍爾格·豪斯肯 申請人:英飛凌科技股份有限公司