绝缘栅双极型晶体管制造技术

本实用新型专利技术提供了一种绝缘栅双极型晶体管，包括：第一基区，具有第二导电类型；源区，具有不同于第二导电类型的第一导电类型并与第一基区形成第一pn结；漂移区，具有第一导电类型并与第一基区形成第二pn结；集电区，具有第二导电类型；至少一个沟槽，其中，至少一个沟槽由栅电极填充，至少一个沟槽具有第一沟槽部和第二沟槽部，第一沟槽部具有第一宽度，第二沟槽部具有第二宽度，第二宽度与第一宽度不同；以及场终止区，具有第一导电类型，位于漂移区和集电区之间并与集电区形成第三pn结，其中，场终止区包括深能级第一导电类型掺杂区。场终止区具有深能级掺杂区，可以保证在绝缘栅双极型晶体管断开期间功率损耗降低也能够获得良好的短路鲁棒性。（*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，IGBT10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n+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IGBT10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 onPowerSemiconductor Devices and IC)的论文“Low Loss IGBT with Partially NarrowMesa Structure (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IGBT10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，在绝缘栅双极型晶体管在正面侧上具有极小的台面结构的情况下，靠近晶体管的正面侧在其导通状态下存在高浓度的自由电荷载流子，以获得低的饱和电压值vCEsato因此，有必要降低绝缘栅双极型晶体管的背面发射极的射极效率以减少绝缘栅双极型晶体管断开期间出现的功率损耗。另一方面，绝缘栅双极型晶体管的软断开特性要求在断开期间避免高电压峰值，尤其是对于高漏电感的情况。此外，为了获得良好的短路鲁棒性，射极效率在室温或甚至更低的操作温度下不应该太低，以避免或至少降低有害的电场的垂直分布的“反转(Umklapp)”效应(也称作Kirk效应)。
技术实现思路
鉴于以上情况，期望提供一种能够在断开期间减少功率损耗而同时在低温下操作时能够获得良好的短路鲁棒性的IGBT器件。根据本技术的一个实施方式，提供了一种绝缘栅双极型晶体管，包括半导体本体，其特征在于，包括:第一基区，具有第二导电类型；源区，具有不同于所述第二导电类型的第一导电类型并与所述第一基区形成第一 pn结；漂移区，具有不同于所述第二导电类型的第一导电类型并与所述第一基区形成第二 pn结；集电区，具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型；至少一个沟槽，其中，所述至少一个沟槽由栅电极填充，并且其中，所述至少一个沟槽具有第一沟槽部和第二沟槽部，所述第一沟槽部具有第一宽度，所述第二沟槽部具有第二宽度，所述第二宽度与所述第一宽度不同；以及场终止区，具有所述第一导电类型，位于所述漂移区和所述集电区之间并与所述集电区形成第三pn结，其中，所述场终止区包括深能级第一导电类型掺杂区。所述深能级第一导电类型掺杂区包括在导带边缘之下至少0.2eV的能级。所述深能级第一导电类型掺杂区包括在硅的能带间隙中具有深能级的至少一种原子。硅的能带间隙中的所述深能级为在硅的最接近能带边缘之下至少0.2eV。优选地，所述至少一种原子包括来自硒和硫中的至少一种。优选地，所述至少一种原子的浓度为1.E+16cnT3以上。进一步地，所述深能级第一导电类型掺杂区包括:第一区域，具有第一深能级原子掺杂浓度；以及第二区域，比所述第一区域更靠近所述集电区与所述场终止区之间的所述第三pn结，并具有第二深能级原子掺杂浓度，其中，所述第二深能级原子掺杂浓度大于所述第一深能级原子掺杂浓度，并且与所述第一区域的掺杂轮廓相比通常具有较高的掺杂轮廊梯度。可选地，所述场终止区进一步包括能级靠近硅的最接近能带边缘的原子。可选地，所述场终止区进一步包括:至少一个具有所述第二导电类型的埋入区。所述至少一个埋入区包括相对于彼此在所述绝缘栅双极型晶体管的横向排列的多个埋入局部P型区。所述至少一个埋入区包括具有覆盖几个单元节距的横向延伸的多个埋入局部ρ型区。所述至少一个埋入区与所述绝缘栅双极型晶体管的正面侧结构对准。此外，所述场终止区可选地包括质子注入区，以及所得的质子注入引起的施主浓度。所述集电区包括:第一集电区域，具有第一掺杂浓度；以及第二集电区域，具有第二掺杂浓度，其中，所述第一集电区域与所述第二集电区域横向排列，并且所述第一掺杂浓度和所述第二掺杂浓度不同。所述绝缘栅双极型晶体管进一步包括，形成在所述半导体本体表面上并至少部分地设置在所述源区处的沟槽，并且其中，所述沟槽由发射电极的一部分填充从而使得所述发射电极与所述源区和所述第一基区接触。所述沟槽的深度大于或等于由所述源区和所述第一基区形成的所述第一 pn结的深度。所述绝缘栅双极型晶体管进一步包括，防闩锁区(P+)，形成在所述第一基区中，具有所述第一导电类型以及比所述第一基区大的掺杂浓度。所述防闩锁区(P+)具有位于所述源区之下并与所述源区接触的至少第一部分。所述第二沟槽部设置在所述绝缘栅双极型晶体管的垂直方向上、所述第一沟槽部之下，并且其中，在所述绝缘栅双极型晶体管的横向上所述第二宽度大于所述第一宽度。所述第一沟槽部的所述第一宽度为沿着所述第一沟槽部均匀的宽度。所述至少一个沟槽包括绝缘体，所述绝缘体将所述栅电极至少与所述源区和所述第一基区绝缘。在根据本技术的绝缘栅双极型晶体管中，由于场终止区包括深能级掺杂区，所以，对于低温操作，深能级掺杂区中的深能级掺杂原子在场终止区的非耗尽层中的活性相对低，从而射极效率在较低的温度可以被选择为相对高，而与较高的操作温度相比，在较低的温度，射极效率通常明显较低，从而既可以保证在绝缘栅双极型晶体管的较高操作温度下断开期间功率损耗降低也能够获得良好的短路鲁棒性。此外，通过该措施可以最小化该装置的漏电流【附图说明】在附图中，不同视图中的相似参考符号一般表示相同部分。附图不一定按比例绘制，重点在于对本技术的原则进行图解说明。在以下说明中，根据以下附图对本技术的各个实施方式进行了说明，在附图中:图1是示出现有技术的IGBT的一个实例的斜视图；图2是示出根据本技术的一个实施方式的IGBT的截面图；图3是示出根据本技术的在深能级掺杂区中分两步掺杂有Se和S的IGBT的截面图；图4是示出根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘栅双极型晶体管，包括半导体本体，其特征在于，包括：?第一基区，具有第二导电类型；?源区，具有不同于所述第二导电类型的第一导电类型并与所述第一基区形成第一pn结；?漂移区，具有不同于所述第二导电类型的第一导电类型并与所述第一基区形成第二pn结；?集电区，具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型；?至少一个沟槽，其中，所述至少一个沟槽由栅电极填充，并且其中，所述至少一个沟槽具有第一沟槽部和第二沟槽部，所述第一沟槽部具有第一宽度，所述第二沟槽部具有第二宽度，所述第二宽度与所述第一宽度不同；以及?场终止区，具有所述第一导电类型，位于所述漂移区和所述集电区之间并与所述集电区形成第三pn结，?其中，所述场终止区包括深能级第一导电类型掺杂区。

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极型晶体管，包括半导体本体，其特征在于，包括: 第一基区，具有第二导电类型； 源区，具有不同于所述第二导电类型的第一导电类型并与所述第一基区形成第一 pn结； 漂移区，具有不同于所述第二导电类型的第一导电类型并与所述第一基区形成第二 pn结； 集电区，具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型； 至少一个沟槽，其中，所述至少一个沟槽由栅电极填充，并且其中，所述至少一个沟槽具有第一沟槽部和第二沟槽部，所述第一沟槽部具有第一宽度，所述第二沟槽部具有第二宽度，所述第二宽度与所述第一宽度不同；以及 场终止区，具有所述第一导电类型，位于所述漂移区和所述集电区之间并与所述集电区形成第三pn结， 其中，所述场终止区包括深能级第一导电类型掺杂区。2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于， 所述深能级第一导电类型掺杂区包括在导带边缘之下至少0.2eV的能级。3.根据权利要求1或2所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述深能级第一导电类型掺杂区包括在硅的能`带间隙中具有深能级的至少一种原子。4.根据权利要求3所述的绝缘栅双极型晶体管，其中，硅的能带间隙中的所述深能级为在硅的最接近能带边缘之下至少0.2eV。5.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述至少一种原子包括来自硒和硫中的至少一种。6.根据权利要求3所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述至少一种原子的浓度为l.E+16cnT3以上。7.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于， 所述深能级第一导电类型掺杂区包括: 第一区域，具有第一深能级原子掺杂浓度；以及 第二区域，比所述第一区域更靠近所述集电区与所述场终止区之间的所述第三pn结，并具有第二深能级原子掺杂浓度， 其中，所述第二深能级原子掺杂浓度大于所述第一深能级原子掺杂浓度。8.根据权利要求2、4或6中任一项所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于， 所述深能级第一导电类型掺杂区包括: 第一区域，具有第一深能级原子掺杂浓度；以及 第二区域，比所述第一区域更靠近所述集电区与所述场终止区之间的所述第三pn结，并具有第二深能级原子掺杂浓度， 其中，所述第二深能级原子掺杂浓度大于所述第一深能级原子掺杂浓度。9.根据权利要求1、2、6或7中任一项所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述场终止区进一步包括能级靠近硅的最接近能...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯约阿希姆·舒尔茨，弗兰克·普菲尔什，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
国别省市：