绝缘栅双极型晶体管制造技术

本实用新型专利技术公开了一种绝缘栅双极型晶体管，包括：发射极；以及半导体主体，其中所述半导体主体包括：第一基区，具有第一导电类型；源区，具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型，并与所述第一基区形成第一pn结；防闩锁区（P+），形成在所述第一基区中，具有至少一个位于所述源区之下并与所述源区接触的第一部分，所述防闩锁区具有所述第一导电类型，并且掺杂浓度大于所述第一基区的掺杂浓度；以及至少一个沟槽，其中，所述至少一个沟槽被填充有栅电极，其中，所述至少一个沟槽具有：第一沟槽部，具有第一宽度；以及第二沟槽部，具有第二宽度；所述第二宽度不同于所述第一宽度。通过本实用新型专利技术的技术方案，防止了IGBT发生闩锁效应。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
绝缘栅双极型晶体管
本技术涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种绝缘栅双极型晶体管。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(IGBT:1nsulated Gate Bipolar Transistor)是由金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET:Metal-0xide-Semiconductor Field-EffectTransistor)和双极型晶体管(BJT:Bipolar Junction Transistor)复合而成的半导体器件，其兼具这两种器件的优点，既具有MOSFET的驱动功率小和开关速度快的优点，又具有BJT的饱和压降低且电流承载容量大的优点。因此，近年来IGBT已经广泛应用于诸如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等需要进行电力转换的领域。 图1示出了现有的IGBT的一个实例。如图1所示，IGBT100被示出为具有沟槽栅场终止型结构，其包括顺次层叠的P型集电区ll、n型场终止区12、n-型漂移区13、p型基区14以及η+型源区15，以及形成在η-型漂移区13、ρ型基区14以及η+型源区15中的栅极16和栅氧化层17。进一步地，在图1所示的IGBT100中，栅极16包括具有均匀截面宽度的上部栅极161以及截面宽度大于上部栅极161的截面宽度的下部栅极162。这种结构可被称为局部窄台(PNM:Partially Narrow Mesa)结构。在 Masakiyo Sumitomo 等人发表于 2012 年第 24届国际功率半导体器件与功率集成电路会议(ISPSD !International Symposium on PowerSemiconductor Devices and IC)的论文“Low Loss IGBT with Partially Narrow MesaStructure (PNM-1GBT) ”以及美国专利第US7800187B2号中记载了具有类似结构的IGBT。通过形成如图1中虚线框所示的局部窄台结构(两个相邻沟槽栅之间的基区被窄化)，能够在确保不减小金属-半导体接触面积的情况下减小台面宽度(两个相邻沟槽栅之间的基区的宽度)，从而IGBT100的饱和电压显著降低，并且通态电压和关断损耗之间也能获得良好权衡。然而，在图1所示的IGBT100中，台面区域变窄使得该区域中的电流密度增加。在IGBT100关断过渡期间，该区域中的大部分或者几乎所有的电流由空穴运载，高空穴电流密度要流向下一个P接触区，导致电流在流过P型基区14的位于η+型源区15之下的部分时产生横向电压降(lateral voltage drop)。该电压降使得IGBT100的寄生晶闸管(具有由P型集电区11、η型场终止区12/η-型漂移区13、ρ型基区14以及η+型源区15构成的PNPN结构)中的NPN管被导通,这特别是在过电流截止(over-current-turn-off)时更容易发生。结果，IGBT100发生闩锁(Latch up)效应，其中的等效MOSFET的控制能力降低甚至无效，IGBT100最终将因过热而损坏。对于局部窄台结构的IGBT可能出现如上所述的闩锁现象，不仅如此，对于通常的IGBT也可能出现闩锁现象。第二个问题是:在PNM-1GBT中，通常实现了沟槽的高密度。因此，PNM-1GBT每个区域都具有大的沟道宽度和高的沟道导电率。这意味着在短路操作时，极高的电流密度流过器件，并伴随有高的集电极-发射极电压。这将导致器件在几个微秒内损坏。第三个问题是:台面结构的末端将会有拐角(corner)或者沟槽(trench)的以某种方式弄圆的结构。由于几何原因(如果栅极围绕该拐角将会更明显(effective)，由于沟道区域不同的掺杂等级(在氧化期间硼分离到栅极氧化物中，或在不同的晶面(crystallographic plane)平面中高温退火是不同的),或者由于栅极氧化物不同的性能，例如厚度或界面电荷(这些也取决于各个晶面)，在该区域(台面末端区域)，MOS沟道阈值电压将不同于(通常低于)台面的长侧处的电压。这会导致在台面末端更高的电流密度或者甚至长期退化和阈值电压的不稳定。PNM-1GBT在US6521538B2以及US7800187B2中进行了描述。然而，现有技术中还没有提出对于上述技术问题的解决方案。在US7800187B2中所示的结构具有以下缺陷:与η+区的接触以及间隔的P体区占用很大区域，这抵消了 PNM-1GBT的基本思想，PNM-1GBT的基本思想是实现非常窄的台面区域，从而在导通状态下在η基体区域中实现高载流子浓度。
技术实现思路
鉴于上述问题，期望提供至少能够避免上述一个缺陷的IGBT器件。根据本技术的一个方面，提供了一种绝缘栅双极型晶体管，包括:发射极；以及半导体主体，其中所述半导体主体包括:第一基区，具有第一导电类型；源区，具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型，并与所述第一基区形成第一 pn结；防闩锁区，形成在所述第一基区中，具有至少一个位于所述源区之下并与所述源区接触的第一部分，所述防闩锁区具有所述第一导电类型，并且掺杂浓度大于所述第一基区的掺杂浓度；以及至少一个沟槽，其中，所述至少一个沟槽被填充有栅电极，其中，所述至少一个沟槽具有:第一沟槽部，具有第一宽度；以及第二沟槽部，具有第二宽度；所述第二宽度不同于所述第一宽度。优选地，所述第一基区的一部分横向方向位于所述防闩锁区的第二部分和所述至少一个沟槽之间。优选地，所述第一基区的一部分横向方向位于所述防闩锁区的第一部分和所述至少一个沟槽之间。优选地，所述防闩锁区与所述沟槽之间的距离为100nm-800nm。优选地，所述防闩锁区的至少一部分与所述至少一个第一沟槽的绝缘部接触，所述绝缘部将所述栅电极至少与所述源区和所述第一基区绝缘。优选地，所述源区包括第一源区和第二源区，其中，所述防闩锁区的第二部分和所述第一基区的在所述发射极侧的表面的一部分位于所述发射极侧的所述第一源区的表面和所述第二源区的表面之间。优选地，所述源区沿着所述第一方向的宽度为0.5 μ m-3 μ m。优选地，所述防闩锁区形成有凹槽，其中，所述凹槽被填充有所述发射极的一部分，使得所述发射极与所述源区和所述防闩锁区接触。优选地，所述凹槽的深度至少等于所述防闩锁区的第一部分和所述源区之间的pn结的深度。优选地，所述凹槽在与所述至少一个沟槽的延伸方向相同的方向延伸。优选地，介电层位于所述发射极和所述半导体主体之间；所述发射极包括:第一发射极部分，位于所述介电层之上；以及第二发射极部分，穿过所述介电层，从所述第一发射极部分延伸至所述凹槽中。优选地，所述源区包括第一源区和第二源区，分别位于所述第二发射极部分的两侧。优选地，所述第二沟槽部沿所述绝缘栅双极型晶体管的垂直方向设置在所述第一沟槽部之下，其中，在所述绝缘栅双极型晶体管的横向方向，所述第二宽度大于所述第一宽度。优选地，所述第一沟槽部的第一宽度是沿所述第一沟槽部的均匀宽度。优选地，所述至少一个沟槽包括绝缘部，将所述栅电极至少与所述源区和所述第一基区绝缘。优选地，一对所述栅极沟槽和所述源区限定出一个台面结构，所述台面结构的末端的某些位置具有拐角结构、倒角结构或圆弧结构。优选地，所述防本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘栅双极型晶体管（200，300，400，600），其特征在于，包括：?发射极（29，39）；以及?半导体主体，其中所述半导体主体包括：?第一基区（24，34，44），具有第一导电类型；?源区（25，35，45），具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型，并与所述第一基区（24，34）形成第一pn结；?防闩锁区（P+），形成在所述第一基区（24，34，44）中，具有至少一个位于所述源区（25，35，45）之下并与所述源区（25，35，45）接触的第一部分，所述防闩锁区（P+）具有所述第一导电类型，并且掺杂浓度大于所述第一基区（34）的掺杂浓度；以及?栅极，形成在栅极沟槽中，其中，所述栅极沟槽被填充有栅电极，其中，所述栅极沟槽具有：第一沟槽部（261），具有第一宽度；以及第二沟槽部（262），具有第二宽度；所述第二宽度不同于所述第一宽度。

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极型晶体管(200，300，400，600)，其特征在于，包括: 发射极(29，39);以及 半导体主体，其中所述半导体主体包括: 第一基区(24，34，44)，具有第一导电类型； 源区(25，35，45)，具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型，并与所述第一基区(24,34)形成第一 pn结； 防闩锁区(P+)，形成在所述第一基区(24，34，44)中，具有至少一个位于所述源区(25，35，45)之下并与所述源区(25，35，45)接触的第一部分，所述防闩锁区(P+)具有所述第一导电类型，并且掺杂浓度大于所述第一基区(34)的掺杂浓度；以及 栅极，形成在栅极沟槽中，其中，所述栅极沟槽被填充有栅电极，其中，所述栅极沟槽具有:第一沟槽部(261)，具有第一宽度；以及第二沟槽部(262)，具有第二宽度；所述第二宽度不同于所述第一宽度。2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管(200，300，400，600)，其特征在于，所述防闩锁区(P+)与所述发射极(29，292，39，392)接触。3.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管(200，300，400，600)，其特征在于，所述防闩锁区(P+)具有与源区(25，35，45)横向相邻的第二部。4.根据权利要求3所述的绝缘栅双极型晶体管(200，300，400，600)，其特征在于，所述第一基区的一部分横向方向位于所述防闩锁区(P+)的第二部分和所述栅极沟槽之间。5.根据权利要求1至4中任一项所述的绝缘栅双极型晶体管(200，300，400，600)，其特征在于，所述第一基区的一部分横向方向位于所述防闩锁区(P+)的第一部分和所述栅极沟槽之间。6.根据权利要求5所述的绝缘栅双极型晶体管(200，300,400,)，其特征在于，所述防闩锁区(P+)与所述栅极沟槽之间的距离为100nm-800nm。7.根据权利要求1至4中任一项所述的绝缘栅双极型晶体管(300)，其特征在于，所述防闩锁区(P+)的至少一部分与所述栅极沟槽的绝缘部(27)接触，所述绝缘部(27)将所述栅电极(26 )至少与所述源区(25 )和所述第一基区(24，34)绝缘。8.根据权利要求1至4中任一项所述的绝缘栅双极型晶体管(300)，其特征在于，所述源区(25，35，45)包括第一源区和第二源区，其中，所述防闩锁区(P+)的第二部分和所述第一基区(24，34)的在所述发射极侧的表面的一部分位于所述发射极侧的所述第一源区的表面和所述第二源区的表面之间。9.根据权利要求1至4中任一项所述的绝缘栅双极型晶体管(200)，其特征在于，所述源区(25，35，45)沿着所述第一方向的宽度为0.5μπι-3μπι。10.根据权利要求1至4中任一项所述的绝缘栅双极型晶体管(300)，其特征在于， 所述防闩锁区(Ρ+)形成有凹槽(G1，G2)，其中，所述凹槽(G1，G2)被填充有所述发射极(29，39)的一部分，使得所述发射极与所述源区(25，35，45)和所述防闩锁区(P+)接触。11.根据权利要求10所述的绝缘栅双极型晶体管(300)，其特征在于， 所述凹槽(G1，G2)的深度至少等于所述防闩锁区(P+)的第一部分和所述源区(25，35，45)之间的pn结的深度。12.根据权利要求10所述的绝缘栅双极型晶体管(200，300)，其特征在于，所述凹槽(Gl，G2)在与所述栅极沟槽的延伸方向相同的方向延伸。13.根据权利要求10所述的绝缘栅双极型晶体管(300)，其特征在于， 介电层(28)位于所述发射极(29，39)和所述半导体主体之间； 所述发射极(29，39)包括: 第一发射极部分(291，391)，位于所述介电层(28 )之上；以及 第二发射极部分(292，392)，穿过所述介电层(28)，从所述第一发射极部分(291，391)延伸至所述凹槽(G1，G2)中。14.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·普菲尔什，汉斯约阿希姆·舒尔茨，霍尔格·豪斯肯，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：实用新型
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