或高η摻雜多晶硅或單晶硅）制成的柵極電阻器。 具有帶有正溫度系數(shù)的柵極電阻器的分立半導(dǎo)體晶體管的過電壓Vmaxl隨著溫度Τ的增加 而降低。因此，過電壓Vmaxl的溫度系數(shù)是負(fù)的，這與電擊穿電壓Vbr的正溫度系數(shù)相反。 電擊穿電壓Vbr的溫度系數(shù)和具有相反的符號(hào)的過電壓Vmaxl導(dǎo)致在電擊穿電壓Vbr和過 電壓Vmaxl之間的電壓裕度AVI的不利的溫度行為。雖然在150°C的溫度下的電壓裕度 AVI對(duì)于操作在安全操作區(qū)域中的分立半導(dǎo)體晶體管足夠大(見△VI(150°C))，但是電壓 裕度AVI隨著溫度T的降低而急劇降低(見△VI(-40Γ))，并可甚至小于用于補(bǔ)償由過程 技術(shù)波動(dòng)(例如跨越經(jīng)處理的晶片的波動(dòng)、并行地或在彼此之后處理的晶片之間的波動(dòng)、例 如前段制程（FE0L)過程的波動(dòng)的特定過程的波動(dòng)）引起的過電壓Vmaxl和電擊穿電壓Vbr 的變化的最小安全裕度。作為示例，在溫度T= -40°C下的電壓裕度AVI為了安全操作 應(yīng)大于魏@的和，〇、是離平均擊穿電壓的標(biāo)準(zhǔn)偏差，而寒是離在T= -40°C下的平均最大過電壓的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0049] 過電壓Vmax2指的是根據(jù)實(shí)施例的帶有具有負(fù)溫度系數(shù)的柵極電阻器的分立半 導(dǎo)體晶體管。類似于在圖2C中圖示的電壓曲線C1，過電壓Vmax2在所示溫度范圍內(nèi)是恒 定的。雖然在150°C的溫度下在電擊穿電壓Vbr和過電壓Vmax2之間的電壓裕度AV2 (見 AV2(150°C))小于AV1(150°C)，在溫度T= 150°C下的電壓裕度AV2對(duì)于操作在安全操 作區(qū)域中的分立半導(dǎo)體晶體管也足夠大。然而，因?yàn)檫^電壓Vmax2在所示的溫度范圍上是 恒定的且當(dāng)?shù)湫蜄艠O電阻器的過電壓Vmaxl具有正溫度系數(shù)時(shí)不隨著溫度的降低而增加， 在溫度T= -40°C下的電壓裕度AV2比在相同溫度T= -40°C下的電壓裕度AVI更有利， 因?yàn)锳V2(-40°C) >AV1(-40°C)。因此，可通過抵消或避免由在晶體管斷開期間的過電 壓引起的不期望的電擊穿來改進(jìn)在溫度T= -40°C下操作分立半導(dǎo)體晶體管的安全性。
[0050] 過電壓Vmax3指的是帶有具有負(fù)溫度系數(shù)的柵極電阻器的分立半導(dǎo)體晶體管的 另一實(shí)施例。類似于在圖2C中圖示的電壓曲線C2,過電壓Vmax3在所示溫度范圍內(nèi)隨著溫 度的增加而增加。雖然在150°C的溫度下在電擊穿電壓Vbr和過電壓Vmax3之間的電壓裕 度AV3(見AV3(150°C))小于AV1(150°C)和AV2(150°C)，但是在溫度T= 150°C下 的電壓裕度AV3對(duì)于操作在安全操作區(qū)域中的分立半導(dǎo)體晶體管也足夠大。然而，因?yàn)檫^ 電壓Vmax3類似于Vbr在所示溫度范圍上隨著溫度T的降低而降低且當(dāng)?shù)湫蜄艠O電阻器的 過電壓Vmaxl具有正溫度系數(shù)時(shí)不隨著溫度的降低而增加，所以在溫度T= -40°C下的電壓 裕度AV3比在相同溫度T= -40°C下的電壓裕度AVI和AV2更有利，因?yàn)锳V3(_40°C) >AV2(_40°C) >AV1(_40°C)。電壓裕度AV3甚至可在所示溫度范圍上是恒定的。因 此，可通過抵消或避免由在晶體管斷開期間的過電壓引起的不期望的電擊穿來改進(jìn)在溫度 T= -40Γ下操作分立半導(dǎo)體晶體管的安全性。
[0051]因此，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)施例允許在電 擊穿電壓Vbr和在斷開操作期間的最大過電壓Vmax之間的改進(jìn)的電壓裕度。與具有帶有 正溫度系數(shù)的柵極電阻器的分立半導(dǎo)體晶體管比較，開關(guān)損耗可隨著溫度的增加而降低。
[0052] 根據(jù)實(shí)施例，柵極電阻器105的電阻1?在1\]_ = 25°C的晶體管溫度下在從0.5Ω 到50Ω的范圍內(nèi)。
[0053] 圖4是圖示柵極電阻器105的溫度系數(shù)遂對(duì)比溫度T的一個(gè)實(shí)施例的曲線圖。根 據(jù)實(shí)施例，溫度系數(shù)織在從-40Γ到150Γ的溫度范圍內(nèi)從-0.01 1/K到-0.001 1/K變動(dòng) (見圖4中被表示為A的圍住的區(qū)域)。
[0054] 根據(jù)實(shí)施例，柵極電阻器105是結(jié)晶硅柵極電阻器，例如單晶或多晶硅柵極電阻 器，其中柵極電阻器的摻雜濃度包括至少50%深能級(jí)摻雜劑。深能級(jí)摻雜劑是在從摻雜劑 移除電子或空穴到價(jià)帶或?qū)璧哪芰看笥谔匦詿崮躪T的四倍的意義上的摻雜劑，其 中k是波爾茲曼常數(shù)，且T是溫度。盡管硼（B)、鋁（A1)或鎵（Ga)是在硅中的平坦能級(jí)受 主的示例，且磷（P)、砷（As)、銻（Sb)是用于硅中的平坦能級(jí)施主的示例，柵極電阻器105的 一個(gè)實(shí)施例包括硒（Se)、硫（S)、銦（In)中的至少一個(gè)作為深能級(jí)摻雜劑。通過用至少30% 或甚至50%或70%深能級(jí)摻雜劑摻雜柵極電阻器，由于在高于室溫的溫度下相當(dāng)大量的電 子/空穴被從深能級(jí)施主/受主轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶/價(jià)帶的事實(shí)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)?？赏ㄟ^相 對(duì)于彼此調(diào)整平坦和深能級(jí)摻雜劑的濃度在考慮到它們的激活能的情況下來如期望的設(shè) 置在晶體管斷開期間的最大過電壓Vmax的特性。
[0055] 根據(jù)實(shí)施例，柵極電阻器105是結(jié)晶硅柵極電阻器，例如單晶或多晶硅柵極電阻 器，且結(jié)晶硅的導(dǎo)電類型是η型。結(jié)晶硅柵極電阻器的η型摻雜濃度小于101Scm3。因此， 肖特基勢(shì)皇存在于結(jié)晶硅柵極電阻器和在結(jié)晶硅柵極電阻器柵上的觸頭之間。流經(jīng)肖特基 勢(shì)皇的電流隨著溫度的增加而增加，因?yàn)闇囟鹊脑黾哟龠M(jìn)通過電子克服肖特基勢(shì)皇。
[0056] 根據(jù)實(shí)施例，柵極電阻器105是結(jié)晶硅柵極電阻器，例如單晶或多晶硅柵極電阻 器，且多晶硅的導(dǎo)電類型是P型。結(jié)晶硅柵極電阻器的P型摻雜濃度小于1〇16cm3。因此， 肖特基勢(shì)皇存在于結(jié)晶硅柵極電阻器和在結(jié)晶硅柵極電阻器上的觸頭之間。流經(jīng)肖特基勢(shì) 皇的電流隨著溫度的增加而增加，因?yàn)闇囟鹊脑黾哟龠M(jìn)通過空穴克服肖特基勢(shì)皇。如果結(jié) 晶硅柵極電阻器的摻雜級(jí)別小于1〇 13cm3,則由于自由電荷載流子的溫度誘導(dǎo)生成，硅的電 阻率展示明顯的負(fù)溫度系數(shù)。
[0057] 參考圖5的示意性橫截面視圖，分立半導(dǎo)體晶體管100的實(shí)施例包括半導(dǎo)體本體 120和在第一側(cè)123處在半導(dǎo)體本體120上的布線區(qū)域。在圖5所示的實(shí)施例中，布線區(qū)域 包括用于提供從柵電極端子111及第一和第二負(fù)載端子112、113中的每一個(gè)到晶體管焊盤 或管腳(例如柵極端子110)的電連接的一個(gè)或多個(gè)圖案化或非圖案化的金屬化和/或摻雜 半導(dǎo)體層。布線區(qū)域還包括柵極電阻器105。
[0058] 在圖5所示的實(shí)施例中，柵極電阻器105是平面柵極電阻器和絕緣層123,例如氧 化物層被布置在柵極電阻器105和半導(dǎo)體本體120之間。根據(jù)其它實(shí)施例，柵極電阻器105 或柵極電阻器105的部分也可在半導(dǎo)體本體120中的一個(gè)或多個(gè)溝槽中形成。半導(dǎo)體電阻 器也可被形成為例如在半導(dǎo)體本體120中的一個(gè)更多的一個(gè)或多個(gè)摻雜半導(dǎo)體區(qū)。
[0059] 在圖5中，通過用由柵電極端子111及第一和第二負(fù)載端子112、113圍繞的框取 代組成元件(例如一個(gè)或多個(gè)晶體管半導(dǎo)體阱和一個(gè)或多個(gè)晶體管電介質(zhì)）來簡(jiǎn)化在橫截 面視圖中的分立半導(dǎo)體晶體管100的圖解。
[0060] 半導(dǎo)體本體120的厚度可從數(shù)十Mm到數(shù)百M(fèi)m變動(dòng)，這取決于分立半導(dǎo)體晶體管 100的電壓阻斷要求。
[0061] 分立半導(dǎo)體晶體管100可包括例如在半導(dǎo)體本體120的第二側(cè)126處的可選的場(chǎng) 停止區(qū)125。根據(jù)實(shí)施例，柵極電阻器105和場(chǎng)停止區(qū)125均包括相同類型的深能級(jí)摻雜 劑(例如硒)，由此，場(chǎng)停止區(qū)的深能級(jí)摻雜增強(qiáng)在斷開期間的過電壓的正溫度相關(guān)性，因?yàn)?場(chǎng)停止區(qū)的摻雜級(jí)別的溫度誘導(dǎo)增加導(dǎo)致由IGBT的后側(cè)發(fā)射極進(jìn)行的空穴注入的降低。
[0062] 根據(jù)分立半導(dǎo)體晶體