绝缘栅双极晶体管设备制造技术

本实用新型专利技术涉及绝缘栅双极晶体管设备，所述绝缘栅双极晶体管设备可包括有源区、无源区、以及沿所述有源区中的纵向轴线延伸的沟槽。所述绝缘栅双极晶体管设备还可包括第一台面和第二台面，所述第一台面由所述沟槽的第一侧壁限定并且与所述沟槽平行，所述第二台面由所述沟槽的第二侧壁限定并且与所述沟槽平行。所述第一台面可包括所述绝缘栅双极晶体管设备的至少一个有源区段，并且所述第二台面可包括所述绝缘栅双极晶体管设备的至少一个无源区段。

Insulated Gate Bipolar Transistor Equipment

【技术实现步骤摘要】
绝缘栅双极晶体管设备
本说明书涉及绝缘栅双极晶体管设备。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管(IGBT)设备通常用于许多高电压应用中，诸如功率因数校正(PFC)和汽车点火系统、电机驱动器等。在一些应用中，诸如电机驱动器，可能期望IGBT设备能够满足短路承受要求。也就是说，这样的IGBT应当能够承受短路电流(例如，在其发射极端子和集电极端子之间)持续特定的(短的)时间段而不会损坏设备。在其他应用中，诸如功率因数校正，可能期望IGBT设备具有低输入电容(例如，米勒电容)和快速开关时间。在当前IGBT实施方式中，增加短路能力(短路承受时间等)在设备处于导通(Vce,sat)时可导致集电极到发射极电压的不期望的增加，并且可具有可增加设备开关时间的高输入电容。相反，在当前IGBT实施方式中，改善开关时间和/或降低Vce,sat可对短路承受能力具有不利影响。
技术实现思路
在一般方面，绝缘栅双极晶体管(IGBT)设备可包括有源区、无源区、以及沿有源区中的纵向轴线延伸的沟槽。IGBT设备还可包括第一台面和第二台面，该第一台面限定沟槽的第一侧壁(邻近沟槽的第一侧壁延伸等)并且与沟槽平行，该第二台面限定沟槽的第二侧壁(邻近沟槽的第二侧壁延伸等)并且与沟槽平行。第一台面可包括IGBT设备的至少一个有源区段，并且第二台面可包括IGBT设备的至少一个无源区段。在另一个一般方面，绝缘栅双极(IGBT)设备可包括无源区以及分布地设置在无源区内的多个互连有源区。多个有源区中的有源区可包括沿纵向轴线延伸的沟槽。沟槽的第一侧壁可由有源区的有源台面限定(邻近该有源台面设置等)，并且沟槽的第二侧壁可由无源区限定(邻近该无源区等)。在另一个一般方面，绝缘栅双极设备(IGBT)可包括电介质终止区、设置在电介质终止区内的有源发射极台面、以及沿纵向轴线延伸的沟槽。沟槽的第一侧壁可由有源发射极台面限定(邻近该有源发射极台面设置等)，并且沟槽的第二侧壁可由电介质终止区限定(邻近该电介质终止区设置等)。附图说明图1A-图1F是示意性地示出各种沟槽-栅极绝缘栅双极晶体管(IGBT)设备的示意图。图2A是示出具有有源栅极区段和无源栅极区段的沟槽-栅极IGBT设备的一部分的等距图。图2B是示出与图2A对应的沟槽-栅极IGBT设备的一部分的平面图的示意图。图3A是示出用于限定沟槽-栅极IGBT设备(诸如图2A和图2B的沟槽-栅极IGBT设备)中的沟槽的掩蔽布局的平面图的示意图。图3B和图3C是示出用于限定沟槽-栅极IGBT设备中的沟槽的掩蔽布局的相应平面图的示意图，该掩蔽布局可代替图3A的掩蔽布局使用。图4A-图4G是示出用于制造具有使用图3A的掩蔽布局限定的沟槽的沟槽-栅极IGBT设备的半导体制造工艺的横截面图。图5是示意性地示出可包括一个或多个氧化物填充台面的沟槽-栅极IGBT设备的一部分的示意图。图6A和图6B是示意性地示出可包括一个或多个氧化物填充台面区段的沟槽-栅极IGBT设备的部分的示意图。图7A和图7B是示意性地示出可包括一个或多个氧化物填充台面区段的沟槽-栅极IGBT设备的部分的示意图。图8A-图8H是示出用于制造沟槽-栅极IGBT设备(诸如图5、图6A、图6B、图7A和图7B的沟槽-栅极IGBT设备)的半导体制造工艺的横截面图。图9是示意性地示出包括有源台面(例如，有源岛)的沟槽-栅极IGBT设备的示意图，其中在有源台面之间具有电介质(例如，氧化物)终止和隔离。图10A-图10C是示意性地示出有源台面以及相关联的电介质隔离和终止(它们可被包括在沟槽-栅极IGBT设备，诸如图9的沟槽-栅极IGBT设备中)的示意图。图11A-图11C是示出可用于形成IGBT设备(诸如图9的IGBT900)的氧化物终止和隔离的各种柱的示意图。图12A-图12C是示意性地示出IGBT设备的部分的示意图，该部分可被包括在IGBT设备(诸如图9的IGBT900)中。图13A-图13J是示出用于制造IGBT设备(诸如图9、图10A-图10C和图12A-图12C的IGBT设备)的半导体制造工艺的示意图(横截面和平面图)。图14是示意性地示出沟槽-栅极IGBT设备的一部分的示意图。各个附图中的相同参考标号指示相同和/或类似元件。各种附图中示出的元件通过图示的方式示出，并且可能未必按比例绘制。另外，各种附图的比例可彼此不同，这至少部分地取决于所示的特定视图。出于说明和讨论的目的提供了各个附图中的参考字符。对于相同视图中的类似元件，可能不会重复相同元件的参考字符。另外，对于给定元件在一个视图中示出的参考字符对于相关视图中的该元件可被省略。例如，在不同视图中示出的给定元件的参考字符可能不一定相对于这些视图中的每个进行讨论。具体实施方式绝缘栅双极晶体管(IGBT)设备，IGBT用于许多商业和工业应用中。例如，作为一些示例，IGBT用于汽车、远程通信和功率因数校正(PFC)实施方式中。给定IGBT应用的特定设备性能参数可改变。然而，一般来讲，需要具有短路鲁棒性(例如，特定短路承受时间)和低输入(米勒)电容的更快开关IGBT。一般来讲，设备性能改善可通过以下方式来实现：降低集电极到发射极饱和电压(Vce,sat)；关断能量(例如，开关)损耗(Eoff)；减小发射极注入分数(例如，n+有源发射极区域到整个管芯区域的分数，这可减少饱和电流并改善短路承受时间)等。然而，改善一个设备参数可能不利地影响另一个参数，从而在改善设备性能的一个方面的代价是降低设备性能的另一个方面时产生设计折衷决策。用于改善IGBT性能参数的当前方法通常旨在基于IGBT栅极沟槽的二维横截面来修改给定IGBT的设计，其中该栅极沟槽沿着其长度在结构上是均匀的。作为一个示例，IGBT设备性能的改善可通过提高前侧载流子注射效率来实现。然而，通过缩小有源半导体台面的宽度(例如，从一个栅极沟槽到邻近或相邻栅极沟槽的有源发射极/源极半导体台面的宽度)来改善前侧注射效率的传统方法具有有限的效率，并且可影响其他设备性能参数，诸如开关时间和/或导通电阻。另外，用于控制前侧注射的当前方法还依赖于有源沟槽长度的部分栅极分数以实现短路鲁棒性(例如，通过掩蔽源极注入)。此类技术正在达到其饱和性能的极限(例如，集电极到发射极电压和饱和电流)，而没有充分解决短路承受时间考虑因素。本文描述的方法可通过限定有源沟槽区段和无源沟槽区段并且/或者增加有源栅极区段之间的节距(距离)来改善短路承受时间，这可减小由于这样的IGBT的三维结构导致的有效台面宽度。例如，虽然目前的方法可以可接受的Vce,sat和开关时间实现大约1/8的发射极分数，但使用本文所述的方法，可实现具有大约1/16或更小的发射极分数的IGBT设备，同时显著影响其他IGBT性能参数。在本文所述的方法中，可通过以下方式来限定无源沟槽区段：增加IGBT栅极的区段上的电介质厚度，用电介质代替半导体台面的区段，以及/或者用电介质隔离和终止将IGBT的有源台面(区段)与其他有源台面隔离以增加有源IGBT沟槽栅极区段之间的节距。通过使用三维IGBT设备配置来限定此类有源区段和无源区段，这些方法可用于实现IGBT操作的期望改善。此类配置可通过例如以下方式来改善IGBT性能：实现期望的短路承受时间而不显著影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘栅双极晶体管设备，其特征在于，所述绝缘栅双极晶体管设备包括：有源区；无源区；沟槽，所述沟槽沿所述有源区中的纵向轴线延伸；第一台面，所述第一台面由所述沟槽的第一侧壁限定并且与所述沟槽平行；和第二台面，所述第二台面由所述沟槽的第二侧壁限定并且与所述沟槽平行，所述第一台面包括所述绝缘栅双极晶体管设备的至少一个有源区段，并且所述第二台面包括所述绝缘栅双极晶体管设备的至少一个无源区段。

【技术特征摘要】
2017.08.21 US 62/548,361;2018.01.31 US 15/884,7791.一种绝缘栅双极晶体管设备，其特征在于，所述绝缘栅双极晶体管设备包括：有源区；无源区；沟槽，所述沟槽沿所述有源区中的纵向轴线延伸；第一台面，所述第一台面由所述沟槽的第一侧壁限定并且与所述沟槽平行；和第二台面，所述第二台面由所述沟槽的第二侧壁限定并且与所述沟槽平行，所述第一台面包括所述绝缘栅双极晶体管设备的至少一个有源区段，并且所述第二台面包括所述绝缘栅双极晶体管设备的至少一个无源区段。2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管设备，其中：所述第一台面是被包括在所述有源区中的有源台面，并且所述第二台面是被包括在所述无源区中的无源台面；并且所述无源区是所述绝缘栅双极晶体管设备的终止区。3.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管设备，其中，所述至少一个有源区段包括第一有源区段，所述至少一个无源区段包括第一无源区段，所述绝缘栅双极晶体管设备还包括：第二有源区段，所述第二有源区段被包括在所述第二台面中；和第二无源区段，所述第二无源区段被包括在所述第一台面中。4.一种绝缘栅双极晶体管设备，其特征在于，所述绝缘栅双极晶体管设备包括：无源区；和多个互连有源区，所述多个互连有源区分布地设置在所述无源区内，所述多个互连有源区中的有源区包括：沟槽，所述沟槽沿纵向轴线延伸，所述沟槽的第一侧壁由所述有源区的有源台面限定，并且所述沟槽的第二侧壁由所述无源区限定。5.根据权利要求4所述的绝缘栅双极晶体管设备，其中，所述无源区包括所述绝缘栅双极晶体管设备的电介质终止区，所述电介质终止区围绕所述多个互连有源区中的所述有源区，所述绝缘栅双极晶体管设备还包括设置在所述无源区的底部处或以下的电压阻挡注入物。6.根据权利要求4所述的绝缘栅双极晶体管设备，其中，所述沟槽是沿所述有源台面的第一侧延伸的第一沟槽，所述多个互连有源区中的所述有源区还包括沿与所述有源台面的所述第一侧相对的所述有源台面的第二侧延伸的第二沟槽，所述第二沟槽与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明焦，沙姆斯·阿列芬·卡恩，戈登·M·格里芙尼亚，李孟家，拉尔夫·N·沃尔，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US