绝缘栅双极晶体管制造技术

提供绝缘栅双极晶体管（1），其在发射极侧（12）上的发射极电极（10）和与发射极侧（12）相对的集电极侧（16）上的集电极的电极（14）之间具有下列层，其包括：‑第一传导类型的低掺杂漂移层（2）；‑第二传导类型的p掺杂集电极层（5）；‑第二传导类型的基极层（3）；‑第一传导类型的源区（4）；‑第一栅单元（6），其包括至少两个第一沟槽栅电极（61）和至少两个平面栅电极（62），其中每个第一沟槽栅电极（61）具有第一导电层（610）和第一绝缘层（612），其中每个平面栅电极（62）具有第二导电层（620）和第二绝缘层（622），‑第二栅单元（7），其包括至少一个第二沟槽栅电极（71），其中该至少一个第二沟槽栅电极（71）包括第三导电层（710）和第三绝缘层（712），其中至少一个第三导电层（71）电连接到发射极电极（10），其中每个第二导电层（620）与第一导电层（620）接触使得第一和第二导电层（610，620）形成自身封闭的第一形状，第一栅单元（6）通过该第一形状包封第二栅单元（7），‑至少两个第三沟槽栅电极（8），其中的每个具有第四导电层（80）和第四绝缘层（82），‑其中至少一个第三沟槽栅电极（8）中的每个设置在至少两个平面栅电极（62）中的一个与第二栅单元（7）之间使得至少两个第一和第三沟槽栅电极（61，8）电连接并且形成自身封闭的第二形状，第二栅单元（7）被该第二形状包封，‑第二传导类型的至少两个条（35），其中的每个设置在所述平面栅电极（62）下面使得每个条（35）将平面栅电极（62）与至少在与第三沟槽栅电极（8）相对的侧上的第一或第二传导类型的任何其他层分离，其中至少一个条（35）延伸到发射极电极（10）并且与之电接触，其中至少两个条（35）具有比基极层（3）更高的最大掺杂浓度或自发射极侧（12）更大深度中的至少一个，其中每个第三沟槽栅电极（8）将条（35）和平面栅电极（62）与第二栅单元（7）分离，其中基极层（3）将第二栅单元（7）在与发射极侧（12）平行的平面中与包封第二形状分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】绝缘栅双极晶体管
本专利技术涉及功率半导体器件的领域。它涉及根据权利要求1的序言的绝缘栅双极。
技术介绍
在WO2013/007654A1中描述现有技术的IGBT，其具有沟槽栅电极。IGBT包括发射极侧与集电极侧之间的（n-）低掺杂漂移层。朝着集电极侧，在漂移层上设置集电极层。p掺杂基极层设置在漂移层与发射极电极之间。基极层通过n掺杂增强层而完全与漂移层分离，该n掺杂增强层比漂移层更高掺杂。由于增强层，损耗被降低。朝着发射极侧在基极层上设置n掺杂源区并且它与发射极电极电接触。源区具有比漂移层更高的掺杂浓度。至少两个第一沟槽栅电极在基极层横向设置并且比基极层更深地从发射极侧延伸到漂移层内。每个第一沟槽栅电极通过第三绝缘层而与任何环绕层或区（基极层、增强层和漂移层）分离。第一沟道可由两个第一沟槽栅电极之间的发射极电极、源区、基极层和漂移层形成。源区设置在两个第一沟槽栅电极之间。沟槽栅电极可具有专家众所周知的任何设计，像分格式设计、全条带或部分条带。第一沟槽栅电极通过另一个绝缘层而与发射极电极绝缘。“接地”栅电极包括第二沟槽栅电极和第五导电层，两者都接地，即它们在发射极电极的电位上。第二沟槽栅电极在基极层横向设置并且比基极层更深地延伸到漂移层内。第二沟槽栅电极通过第三绝缘层而与环绕它的层（即，基极层、增强层和漂移层）分离。导电第五层覆盖第二沟槽栅电极并且在其外部横向地延伸至少到基极层上面的区。第二沟槽栅电极机械和电连接到导电层。导电层在凹陷处与第二沟槽栅电极接触并且它由此接地。第二沟槽栅电极具有发射极电极的电位，并且由此将可控沟槽限制在设计的有源沟道区。短路到栅极（有源）沟槽之间的区中的发射极电极的T沟道的使用通过在阻断状态中防止电场线在有源沟道单元处拥挤而提供需要的阻断能力。根据WO2006/125330A1，可设置具有比p基极层更高掺杂浓度的p掺杂条使得源区、基极层、第一和第二沟槽栅电极在条处端接。条延伸到晶圆表面。条在在与发射极侧平行的平面中垂直于第一源区附着到第一沟槽栅电极的方向或垂直于增强层将基极层与第二沟槽栅电极分离的方向来延伸。p+条应被偏置，即电连接到发射极电极，因此在动态雪崩期间对空穴提供备选路径。这样，在动态雪崩期间的空穴电流部分流过p+条，从而允许单元临界闭锁电流而获得较高值的总关断电流。然而对于这样的情况，高掺杂p条将在有源单元中的发射极电极与第二栅单元侧上的基极层之间创建不可取的低阻抗路径，从而实现在传导状态期间在假沟槽（第二栅单元）区域中累积的空穴的排放。因此，具有偏置p+条的器件将比具有全浮p+条的器件具有更高传导损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供具有减少的导通态和开关损耗、提高的阻断能力和良好的可控性的功率半导体器件，其比现有技术的器件更易于制造。该问题通过具有权利要求1的特性的半导体器件解决。专利技术性绝缘栅双极晶体管在发射极侧上的发射极电极和与发射极侧相对的集电极侧上的集电极的电极之间具有下列层：-第一传导类型的低掺杂漂移层；-与第一传导类型不同的第二传导类型的集电极层，其设置在漂移层与集电极的电极之间并且与集电极的电极电接触；-第二传导类型的基极层，该基极层设置在漂移层与发射极电极之间，该基极层与发射极电极电接触；-第一传导类型的源区，其朝着发射极侧设置在基极层上并且与发射极电极电接触，该源区具有比漂移层更高的掺杂浓度；-第一栅单元，其包括至少两个第一沟槽栅电极和至少两个平面栅电极。每个第一沟槽栅电极具有第一导电层和第一绝缘层，其中每个第一导电层通过至少两个第一绝缘层中的一个而与第一或第二传导类型的邻近所述第一沟槽栅电极的任何层分离。源区邻接至少一个第一沟槽栅电极。每个平面栅电极具有第二导电层和第二绝缘层，其中每个第二导电层通过至少两个第二绝缘层中的一个而与第一或第二传导类型的邻近所述平面栅电极的任何层分离；-第二栅单元，其包括至少一个第二沟槽栅电极，其中该至少一个第二沟槽栅电极包括第三导电层和第三绝缘层，该至少一个第二沟槽栅电极通过第三绝缘层而与第一或第二传导类型的邻近第二沟槽栅电极的任何层分离。至少一个第三导电层电连接到发射极电极。至少一个第三导电层可被第五导电层覆盖，由此形成假沟槽，该第五导电层连接多个该至少一个第三导电层。在该实施例中，该至少一个第三导电层与发射极电极的接触可经由第五导电层而实现。每个第二导电层与第一导电层接触使得第一和第二导电层形成自身封闭的第一形状，第一栅单元通过该第一形状包封第二栅单元。-至少两个第三沟槽栅电极，其中的每个具有第四导电层和第四绝缘层，其中该第四导电层通过第四绝缘层而与第一或第二传导类型的邻近所述第三沟槽栅电极的任何层分离。该至少两个第三沟槽栅电极中的每个设置在该至少一个平面栅电极中的一个与第二栅单元之间使得至少一个第一和第三沟槽栅电极电连接并且形成自身封闭的第二形状使得该第二形状包封第二栅单元；-第二传导类型的至少两个条，其中的每个设置在平面栅电极下面使得每个条使平面栅电极与至少在与第三沟槽栅电极相对的侧上的第一或第二传导类型的任何其他层分离。至少两个条延伸到发射极电极并且与之电接触。至少两个条具有比基极层更高的最大掺杂浓度或从发射极侧更大的深度中的至少一个。-至少两个第三沟槽栅电极中的每个使至少两个条中的一个和至少两个平面栅电极中的一个与第二栅单元分离。基极层使第二栅单元在与发射极侧平行的平面中与包封第二形状分离。由于第三沟槽栅电极，设置在第二栅单元侧处的基极层的部分与高掺杂条断开。第二沟槽栅电极连接到第一栅单元，并且从而，第三沟槽栅电极在与第一栅单元相同的电位上。该第三沟槽栅电极使连接到发射极电极的高掺杂p条与第二栅单元侧上的基极层断开，因此防止发射极电极处的陡变区中建立的电荷通过高掺杂p+条排放。因此，器件保持低传导损耗同时保持针对动态雪崩的鲁棒性（由于高掺杂p+条动作）。专利技术性器件易于制造，因为第三沟槽栅电极可以与第一栅单元同时制造，即对于它的创建不需要额外掩模。专利技术性IGBT引入横向有源沟槽，其能够在假沟槽侧（即，朝着第二栅单元的侧）处使基极层与高掺杂条断开而没有任何额外掩模。这样的横向“隔离”沟槽（连接到第一沟槽栅电极的有源栅电位）也提高环绕假沟槽的第五导电多层板的陡变区中的电荷累积，从而对传导损耗提供进一步改进。深和/或高掺杂条在第一沟槽栅电极处连接发射极单元区中的沟道扩散，但在假沟槽所在的PiN区中保持与它隔离（由于第三沟槽栅电极充当隔离沟槽）。根据本专利技术的另外的优势将从从属权利要求显而易见。附图说明本专利技术的主旨将在下列正文中参照附图更加详细地说明，其中：图1示出根据本专利技术的IGBT的示范性实施例的顶视图；图2至7示出根据本专利技术的IGBT的不同实施例通过图1的线A-A’的切割；以及图8至11示出根据本专利技术的IGBT的不同实施例通过图1的线B-B’的切割；图12示出通过图1的线C-C’的切割；以及图13示出通过图1的线A-A’的切割。在附图中使用的标号和它们的含义在标号列表中总结。一般，对相似或相似功能的部件给予相同的标号。描述的实施例意为示例并且不应限制本专利技术。具体实施方式图1示出根据本专利技术的绝缘栅双极晶体管（也叫作IGBT）1的顶视图，而图2至7示出沿图1中的线A-A’的切割，图8和9示出沿图1中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘栅双极晶体管（1），其在发射极侧（12）上的发射极电极（10）和与所述发射极侧（12）相对的集电极侧（16）上的集电极的电极（14）之间具有下列层，包括：‑第一传导类型的低掺杂漂移层（2）；‑与第一传导类型不同的第二传导类型的集电极层（5），其设置在所述漂移层（2）与所述集电极的电极（14）之间并且与所述集电极的电极（14）电接触；‑第二传导类型的基极层（3），该基极层（3）设置在所述漂移层（2）与所述发射极电极（10）之间，该基极层（3）与所述发射极电极（10）电接触；‑第一传导类型的源区（4），其朝着所述发射极侧（12）设置在所述基极层（3）上并且与所述发射极电极（10）电接触，该源区（4）具有比所述漂移层（2）更高的掺杂浓度；‑第一栅单元（6），其包括至少两个第一沟槽栅电极（61）和至少两个平面栅电极（62），其中每个第一沟槽栅电极（61）具有第一导电层（610）和第一绝缘层（612），其中每个第一导电层（610）通过第一绝缘层（612）而与第一或第二传导类型的任何层分离，并且其中所述源区（4）邻接至少一个第一沟槽栅电极（61），其中每个平面栅电极（62）具有第二导电层（620）和第二绝缘层（622），其中每个第二导电层（620）通过第二绝缘层（622）而与第一或第二传导类型的任何层分离，‑第二栅单元（7），其包括至少一个第二沟槽栅电极（71），其中所述至少一个第二沟槽栅电极（71）包括第三导电层（710）和第三绝缘层（712），该至少一个第二沟槽栅电极（71）通过所述第三绝缘层（712）而与第一或第二传导类型的任何层分离，其中所述至少一个第三导电层（71）电连接到所述发射极电极（10），其中每个第二导电层（620）与第一导电层（610）接触使得所述第一和第二导电层（610，620）形成自身封闭的第一形状，所述第一栅单元（6）通过所述第一形状来包封所述第二栅单元（7），‑至少两个第三沟槽栅电极（8），其中的每个具有第四导电层（80）和第四绝缘层（82），其中所述第四导电层（80）通过所述第四绝缘层（82）而与第一或第二传导类型的任何层分离，其中第三沟槽栅电极（8）中的每个设置在所述至少两个平面栅电极（62）中的一个与所述第二栅单元（7）之间使得至少两个第一和第三沟槽栅电极（61，8）电连接并且形成自身封闭的第二形状，所述第二栅单元（7）被该第二形状包封，‑第二传导类型的至少两个条（35），其中的每个设置在所述平面栅电极（62）下面使得每个条（35）将平面栅电极（62）与至少在与第三沟槽栅电极（8）相对的侧上的第一或第二传导类型的任何其他层分离，其中所述至少两个条（35）延伸到所述发射极电极（10）并且与所述发射极电极（10）电接触，其中所述至少两个条（35）具有比所述基极层（3）更高的最大掺杂浓度或自所述发射极侧（12）更大的深度中的至少一个，‑其中每个第三沟槽栅电极（8）将条（35）和平面栅电极（62）与所述第二栅单元（7）分离，其中所述基极层（3）将所述第二栅单元（7）在与所述发射极侧（12）平行的平面中与所述包封第二形状分离。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.29 EP 13195083.41.一种绝缘栅双极晶体管（1），其在发射极侧（12）上的发射极电极（10）和与所述发射极侧（12）相对的集电极侧（16）上的集电极的电极（14）之间具有下列层，包括：-第一传导类型的低掺杂漂移层（2）；-与第一传导类型不同的第二传导类型的集电极层（5），其设置在所述漂移层（2）与所述集电极的电极（14）之间并且与所述集电极的电极（14）电接触；-第二传导类型的基极层（3），该基极层（3）设置在所述漂移层（2）与所述发射极电极（10）之间，该基极层（3）与所述发射极电极（10）电接触；-第一传导类型的源区（4），其朝着所述发射极侧（12）设置在所述基极层（3）上并且与所述发射极电极（10）电接触，该源区（4）具有比所述漂移层（2）更高的掺杂浓度；-第一栅单元（6），其包括至少两个第一沟槽栅电极（61）和至少两个平面栅电极（62），其中每个第一沟槽栅电极（61）具有第一导电层（610）和第一绝缘层（612），其中每个第一导电层（610）通过第一绝缘层（612）而与第一或第二传导类型的任何层分离，并且其中所述源区（4）邻接至少一个第一沟槽栅电极（61），其中每个平面栅电极（62）具有第二导电层（620）和第二绝缘层（622），其中每个第二导电层（620）通过第二绝缘层（622）而与第一或第二传导类型的任何层分离，-第二栅单元（7），其包括至少一个第二沟槽栅电极（71），其中所述至少一个第二沟槽栅电极（71）包括第三导电层（710）和第三绝缘层（712），该至少一个第二沟槽栅电极（71）通过所述第三绝缘层（712）而与第一或第二传导类型的任何层分离，其中所述至少一个第三导电层（71）电连接到所述发射极电极（10），其中每个第二导电层（620）与第一导电层（610）接触使得所述第一和第二导电层（610，620）形成自身封闭的第一形状，所述第一栅单元（6）通过所述第一形状将所述第二栅单元（7）包封到所述第二栅单元的横侧，该横侧设置成垂直于所述发射极侧（12）和所述集电极侧（16），-至少两个第三沟槽栅电极（8），其中的每个具有第四导电层（80）和第四绝缘层（82），其中所述第四导电层（80）通过所述第四绝缘层（82）而与第一或第二传导类型的任何层分离，其中第三沟槽栅电极（8）中的每个设置在所述至少两个平面栅电极（62）中的一个与所述第二栅单元（7）之间使得至少两个第一和第三沟槽栅电极（61，8）电连接并且形成自身封闭的第二形状，所述第二栅单元（7）被该第二形状包封，-第二传导类型的至少两个条（35），其中的每个设置在所述平面栅电极（62）下面使得每个条（35）将平面栅电极（62）与至少在与第三沟槽栅电极（8）相对的侧上的第一或第二传导类型的任何其他层分离，其中所述至少两个条（35）延伸到所述发射极电极（10）并且与所述发射极电极（10）电接触，其中所述至少两个条（35）具有比所述基极层（3）更高的最大掺杂浓度或自所述发射极侧（12）更大的深度中的至少一个，-其中每个第三沟槽栅电极（8）将条（35）和平面栅电极（62）与所述第二栅单元（7）分离，其中所述基极层（3）将所述第二栅单元（7）在与所述发射极...

【专利技术属性】
技术研发人员：C科瓦斯塞，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH