[發(fā)明專利]自對(duì)準(zhǔn)且穩(wěn)健的絕緣柵雙極晶體管器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980001643.9
• 申請(qǐng)日: 2019-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN110419111B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: H.耶爾馬茲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 艾鮑爾半導(dǎo)體
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739;H01L21/22
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 邱軍

公開了一種垂直IGBT器件。垂直IGBT結(jié)構(gòu)包含形成在第一導(dǎo)電性類型的半導(dǎo)體襯底的正側(cè)的有源區(qū)域中的有源MOSFET單元陣列。一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電性類型的柱結(jié)構(gòu)同心地圍繞有源MOSFET單元陣列。每個(gè)柱結(jié)構(gòu)包含柱溝槽和深柱區(qū)域。通過(guò)將第二導(dǎo)電性類型的注入物通過(guò)柱溝槽的底面注入到半導(dǎo)體襯底中來(lái)形成深柱區(qū)域。在除了溝槽的底壁之外的溝槽側(cè)壁上形成電介質(zhì)側(cè)壁間隔體，并且使用第二導(dǎo)電性類型的多晶硅填充柱溝槽。一個(gè)或多個(gè)柱結(jié)構(gòu)比有源MOSFET單元陣列實(shí)質(zhì)上更深。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)涉及并要求2018年1月16日提交的題為“Self-Aligned?and?Robust?IGBT”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.62/617,994的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用明確并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及絕緣柵半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及形成絕緣柵雙極晶體管(IGBT)半導(dǎo)體器件的器件結(jié)構(gòu)和方法。

背景技術(shù)

IGBT(絕緣柵雙極晶體管)是由MOSFET驅(qū)動(dòng)的寬基極PNP雙極結(jié)晶體管(BJT)器件，其成為處理高電流和高壓電機(jī)控制和感應(yīng)加熱型應(yīng)用的關(guān)鍵電源器件。為了改善IGBT效率和穩(wěn)健性，存在持續(xù)的研究和開發(fā)以降低正向電壓降——Vce-Sat(集電極-發(fā)射極飽和電壓)，最小化開關(guān)損耗以及改善IGBT的安全操作區(qū)(SOA)。

可以通過(guò)低MOSFET電阻，通過(guò)在位于IGBT上部的MOSFET單元之間擴(kuò)展電阻，以及通過(guò)PNP?BJT的寬n基區(qū)域的高水平載流子調(diào)制來(lái)降低來(lái)降低正向電壓降Vce-Sat，低MOSFET電阻為垂直PNP?BJT提供基電流，PNP?BJT的寬n基極區(qū)域受到少數(shù)載流子壽命和注入效率載流子調(diào)制的影響。

遺憾的是，高水平載流子調(diào)制或存儲(chǔ)還通過(guò)減慢關(guān)斷速度和降低IGBT的SOA而增加了開關(guān)損耗。在漏極和源極端子(Rd)上每單位面積的低MOSFET導(dǎo)通電阻之間的另一個(gè)折衷是通常在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的負(fù)載短路模式期間產(chǎn)生更高的飽和度和更短的耐受時(shí)間。作為MOSFET的一部分的寄生NPN?BJT的基極到源極短路，對(duì)于防止閂鎖和增強(qiáng)IGBT穩(wěn)健性非常關(guān)鍵。

本發(fā)明通過(guò)擴(kuò)展電阻減小、控制載流子注入和由多晶硅溝槽形成更深的結(jié)來(lái)優(yōu)化Vce-Sat、關(guān)斷速度和安全操作區(qū)(SOA)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健且有效的IGBT器件制造。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)方面包含一種垂直絕緣柵雙極晶體管(IGBT)器件，包括有源金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)單元陣列，其形成在第一導(dǎo)電性類型的半導(dǎo)體襯底的正側(cè)；以及至少一個(gè)第二導(dǎo)電性類型的柱結(jié)構(gòu)，其形成在半導(dǎo)體襯底中，至少一個(gè)柱結(jié)構(gòu)同心地圍繞有源MOSFET單元陣列，至少一個(gè)柱結(jié)構(gòu)包含填充有第二導(dǎo)電性類型的多晶硅的溝槽，在除了溝槽的底壁之外的溝槽側(cè)壁上形成的電介質(zhì)側(cè)壁間隔體，以及從溝槽的底壁延伸的第二導(dǎo)電性的深區(qū)域，其中至少一個(gè)柱結(jié)構(gòu)比有源MOSFET單元陣列實(shí)質(zhì)上更深，并且第一導(dǎo)電性類型是n型和第二導(dǎo)電性類型是p型。

本發(fā)明的另一方面提供了一種垂直絕緣柵雙極晶體管(IGBT)器件，包括有源金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)單元陣列，其形成在n型導(dǎo)電性的半導(dǎo)體襯底的正側(cè)；以及至少一個(gè)p型導(dǎo)電性的柱結(jié)構(gòu)，其形成在半導(dǎo)體襯底中，至少一個(gè)柱結(jié)構(gòu)同心地圍繞有源MOSFET單元陣列，至少一個(gè)柱結(jié)構(gòu)包含填充有p多晶硅的溝槽，在除了溝槽的底壁之外的溝槽側(cè)壁上形成的p摻雜側(cè)壁區(qū)域，以及從溝槽的底壁延伸的p型深區(qū)域，其中至少一個(gè)柱結(jié)構(gòu)比有源MOSFET單元陣列實(shí)質(zhì)上更深，并且其中p摻雜側(cè)壁區(qū)域防止p摻雜多晶硅中的p摻雜劑耗盡。