分立半導(dǎo)體晶體管的制作方法
【專利說(shuō)明】分立半導(dǎo)體晶體管
【背景技術(shù)】
[0001] 半導(dǎo)體器件，特別是場(chǎng)效應(yīng)控制開關(guān)器件(例如結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFET)、金屬氧化 物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（M0SFET)和絕緣柵雙極晶體管（IGBT))通常用于各種應(yīng)用，其包括 但不限于在電源和功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)汽車、空調(diào)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的逆變器中的開關(guān)。
[0002] 當(dāng)切斷晶體管時(shí)，開關(guān)損耗和過(guò)電壓通常出現(xiàn)在第一和第二負(fù)載端子(例如FET 的漏極和源極或IGBT的集電極和發(fā)射極)之間。因?yàn)榫w管的一個(gè)特性是在第一和第二負(fù) 載端子之間的規(guī)定擊穿電壓Vbr，所以晶體管設(shè)計(jì)的目標(biāo)是避免在斷開操作期間在規(guī)定的 操作溫度范圍上由過(guò)電壓所引起的電擊穿。
[0003] 因此，存在對(duì)在不使開關(guān)損耗惡化的情況下改進(jìn)在規(guī)定擊穿電壓Vbr和在斷開操 作期間在規(guī)定操作溫度范圍上出現(xiàn)的過(guò)電壓之間的電壓裕度的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 實(shí)施例指的是分立半導(dǎo)體晶體管。分立半導(dǎo)體晶體管包括電耦合在分立半導(dǎo)體晶 體管的柵極端子和柵電極之間的柵極電阻器。在-40°c的溫度下的柵極電阻器的電阻R大 于在150°C的溫度下。
[0005] 本領(lǐng)域中的技術(shù)人員在閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)并在觀看附圖時(shí)將認(rèn)識(shí)到附加的 特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 附圖被包括以提供對(duì)本公開的進(jìn)一步理解并被并入本說(shuō)明書中且構(gòu)成本說(shuō)明書 的一部分。附圖圖示本公開的實(shí)施例并與描述一起用于解釋本公開的原理。其它實(shí)施例和 意圖的優(yōu)點(diǎn)將容易被認(rèn)識(shí)到，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)參考下面的詳細(xì)描述變得更好理解。
[0007] 圖1是包括具有負(fù)溫度系數(shù)的柵極電阻器的分立半導(dǎo)體晶體管的實(shí)施例的示意 圖。
[0008] 圖2A和2B是示意性圖示根據(jù)實(shí)施例的集電極電流Ic和集電極-發(fā)射極過(guò)電壓 VCE對(duì)比在IGBT斷開期間的時(shí)間的曲線圖。
[0009] 圖2C是圖示根據(jù)實(shí)施例的在晶體管斷開期間的最大過(guò)電壓Vmax對(duì)比溫度T的曲 線圖。
[0010] 圖3是圖示在電擊穿電壓Vbr和過(guò)電壓Vmax之間的電壓裕度Δν對(duì)比溫度τ的 曲線圖。
[0011] 圖4是圖示根據(jù)實(shí)施例的一系列柵極電阻器的溫度系數(shù)范圍 對(duì)比溫度Τ的曲線圖。
[0012] 圖5是圖示在半導(dǎo)體本體上方的布線區(qū)域中的柵極電阻器的示意性橫截面視圖。
[0013] 圖6是圖示包括毗連電觸頭的隧道電介質(zhì)的柵極電阻器的示意性橫截面視圖。
[0014] 圖7是電耦合到晶體管單元的不同組的柵電極的柵極子電阻器的并聯(lián)連接的示 意圖。
[0015] 圖8圖示包括由熔絲確定的柵極子電阻器的互連的柵極電阻器的一個(gè)實(shí)施例。【具體實(shí)施方式】
[0016] 在下面的詳細(xì)描述中，參考形成其一部分的附圖，且其中作為例證示出其中本公 開可被實(shí)踐的特定實(shí)施例。應(yīng)理解，其它實(shí)施例可被利用且可做出結(jié)構(gòu)或邏輯改變而不偏 離本發(fā)明的范圍。例如，對(duì)一個(gè)實(shí)施例圖示或描述的特征可在其它實(shí)施例上或接合其它實(shí) 施例使用以產(chǎn)出另外的實(shí)施例。意圖是本公開包括這樣的修改和變化。使用不應(yīng)被解釋為 限制所附權(quán)利要求的范圍的特定語(yǔ)言描述了示例。附圖并不按比例且僅為了例證性目的。 為了清楚起見，相同的元件在不同的附圖中由對(duì)應(yīng)的參考符號(hào)指明，如果不是另有聲明。
[0017] 實(shí)施例的描述不是限制性的。特別是，在下文中描述的實(shí)施例的元件可與不同實(shí) 施例的元件組合。
[0018] 在下面的描述中使用的術(shù)語(yǔ)"晶片"、"襯底"、"半導(dǎo)體本體"或"半導(dǎo)體襯底"可包 括具有半導(dǎo)體表面的任何基于半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。晶片和結(jié)構(gòu)應(yīng)被理解為包括硅、絕緣體上硅 (S0I)、藍(lán)寶石上硅（S0S)、摻雜和非摻雜半導(dǎo)體、由基本半導(dǎo)體基礎(chǔ)支撐的硅的外延層和其 它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體不需要是基于硅的。半導(dǎo)體也可以是硅鍺（SiGe)、鍺（Ge)或砷化鎵 (GaAs)。根據(jù)其它實(shí)施例，碳化娃（SiC)或氮化鎵（GaN)可形成半導(dǎo)體襯底材料。
[0019] 術(shù)語(yǔ)"具有"、"包含"、"包括"、"含有"等是開放的，且術(shù)語(yǔ)指示所陳述的結(jié)構(gòu)、元件 或特征的存在，但不排除附加的元件或特征的存在。冠詞"一"、"一個(gè)"和"該"意圖包括復(fù) 數(shù)以及單數(shù)，除非上下文清楚地另有指示。
[0020] 術(shù)語(yǔ)"電連接"描述在電連接的元件之間的永久低歐姆連接，例如在所關(guān)注的元件 之間的直接接觸或經(jīng)由金屬和/或高摻雜半導(dǎo)體的低歐姆連接。術(shù)語(yǔ)"電耦合"包括：適合 于信號(hào)傳輸?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)中間元件可存在于電耦合的元件(例如臨時(shí)提供在第一狀態(tài)中的 低歐姆連接和在第二狀態(tài)中的高歐姆電解耦的元件）之間。
[0021] 如在本說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)"水平"意圖描述基本上平行于半導(dǎo)體襯底或本體的 第一或主表面的取向。這可例如是晶片或管芯的表面。
[0022] 如在本說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)"垂直"意圖描述基本上布置成垂直于第一表面，即平 行于半導(dǎo)體襯底或本體的第一表面的法線方向的取向。
[0023] 在這個(gè)說(shuō)明書中，半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體的第二表面被考慮為由下或背側(cè)表面 形成，而第一表面被考慮為由半導(dǎo)體襯底的上、前或主表面形成。如在本說(shuō)明書中使用的術(shù) 語(yǔ)"在…上方"和"在…下方"因此描述結(jié)構(gòu)特征與另一結(jié)構(gòu)特征的相對(duì)位置。
[0024] 在這個(gè)說(shuō)明書中，η摻雜被稱為第一導(dǎo)電類型，而p摻雜被稱為第二導(dǎo)電類型?？?替換地，半導(dǎo)體器件可被形成有相對(duì)的摻雜關(guān)系，使得第一導(dǎo)電類型可以是Ρ摻雜的，而第 二導(dǎo)電類型可以是η摻雜的。此外，一些附圖通過(guò)指示緊靠摻雜類型的" + "或而圖示 相對(duì)摻雜濃度。例如，"η_"意指比"η"摻雜區(qū)的摻雜濃度小的摻雜濃度，而"η+"摻雜區(qū)具 有比"η"摻雜區(qū)大的摻雜濃度。然而，指示相對(duì)摻雜濃度并不意味著相同的相對(duì)摻雜濃度 的摻雜區(qū)必須具有相同的絕對(duì)摻雜濃度，除非另有聲明。例如，兩個(gè)不同的η+摻雜區(qū)可具 有不同的絕對(duì)摻雜濃度。同樣適用于例如η+摻雜和ρ+摻雜區(qū)。
[0025] 在本說(shuō)明書中描述的特定實(shí)施例在不限于其的情況下關(guān)于半導(dǎo)體器件，特別是場(chǎng) 效應(yīng)半導(dǎo)體晶體管。在這個(gè)說(shuō)明書內(nèi)，術(shù)語(yǔ)"半導(dǎo)體器件"和"半導(dǎo)體部件"同義地被使用。 半導(dǎo)體器件通常包括場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)。場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)可以是具有在第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)和第二 導(dǎo)電類型的本體區(qū)之間形成本體二極管的pn結(jié)的MOSFET或IGBT結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體器件通常 是具有兩個(gè)負(fù)載金屬化的垂直半導(dǎo)體器件，所述兩個(gè)負(fù)載金屬化例如是MOSFET的源極金 屬化和漏極金屬化，其彼此相對(duì)地布置且與相應(yīng)的接觸區(qū)處于低電阻接觸。場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)也 可由JFET結(jié)構(gòu)形成。
[0026] 作為示例，半導(dǎo)體器件是具有有源區(qū)域的功率半導(dǎo)體器件，有源區(qū)域具有例如用 于攜帶和/或控制在兩個(gè)負(fù)載金屬化之間的負(fù)載電流的多個(gè)IGBT單元或MOSFET單元。此 外，功率半導(dǎo)體器件通常具有外圍區(qū)域，其具有當(dāng)從上方看時(shí)至少部分地圍繞有源區(qū)域的 至少一個(gè)邊緣終止結(jié)構(gòu)。
[0027] 如在本說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)"功率半導(dǎo)體器件"意在描述具有高電壓和/或高電 流開關(guān)能力的在單個(gè)芯片上的半導(dǎo)體器件。換句話說(shuō)，功率半導(dǎo)體器件針對(duì)通常在10安培 到幾kA范圍內(nèi)的高電流而被計(jì)劃。在這個(gè)說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)"功率半導(dǎo)體器件"和"功率半導(dǎo) 體部件"同義地被使用。
[0028] 如在本說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)"場(chǎng)效應(yīng)"意在描述第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)電"溝道"的電 場(chǎng)居間形成和/或在第一導(dǎo)電類型的兩個(gè)區(qū)之間的溝道的導(dǎo)電性和/或形狀的控制。導(dǎo) 電溝道可在布置在第一導(dǎo)電類型的兩個(gè)區(qū)之間的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)(通常第二導(dǎo)電 類型的本體區(qū)）中被形成和