无闩锁效应的功率晶体管制造技术

本文公开了无闩锁效应的功率晶体管的多种实施方案。这样的器件包括定位成相邻于功率晶体管中的导电沟道的绝缘栅极、与导电沟道直接物理接触的发射极、以及与导电沟道电接触的集电极。功率晶体管还包括与半导体衬底的相邻于导电沟道的表面接触的发射极层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率晶体管领域。
技术介绍
功率晶体管(例如硅基绝缘栅双极型晶体管(IGBT))可以用于多种应用中。例如，由于它们较大的电流和电压处理能力，IGBT可以用作电机驱动逆变器(inverter)中的功率开关。尽管它们具有优点，然而，IGBT由于闩锁效应容易造成故障和失效。例如，利用N型漂移区的垂直IGBT结构通常包括使发射极耦接到集电极的寄生NPN型双极结型晶体管。当寄生晶体管无意中导通时，这种IGBT产生闩锁效应，这妨碍了IGBT的绝缘栅极对于控制通过IGBT的电流或对于关断IGBT的可用性。因此，闩锁效应是非常不期望的情况，并且可能是破坏性的。
技术实现思路
本公开内容涉及基本上如结合附图中的至少一个所示和/或所描述的、以及如权利要求书中完全阐述的无闩锁效应的功率晶体管。附图说明图1A呈现了示出根据一个实施方案的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)形式的示例性的无闩锁效应的功率晶体管的一部分的截面图。图1B呈现了从不同视角示出图1A的示例性无闩锁效应的功率晶体管的一部分的截面图。图2呈现了示出根据另一实施方案的示例性无闩锁效应的功率晶体管的一部分的截面图。图3呈现了示出根据再一实施方案的示例性无闩锁效应的功率晶体管的一部分的截面图。图4呈现了示出根据又一实施方案的示例性无闩锁效应的功率晶体管的一部分的截面图。图5呈现了示出根据又一实施方案的示例性无闩锁效应的功率晶体管的一部分的截面图。图6呈现了示出根据另一实施方案的示例性无闩锁效应的功率晶体管的一部分的截面图。图7呈现了示出根据另一实施方案的示例性无闩锁效应的功率晶体管的一部分的截面图。图8呈现了示出根据又一实施方案的示例性无闩锁效应的功率晶体管的一部分的截面图。具体实施方式下面的描述包含有关本公开内容中实施方案的具体信息。本领域的技术人员将认识到本公开内容可以以与本文中具体讨论的方式不同的方式来实施。本申请中的附图和其所附的详细描述仅涉及示例性实施方案。除非另有说明，附图中相似或相应的元件可以通过相似的或相应的附图标记来表示。另外，本申请中的附图和示图通常不按比例，并且不旨在对应于实际相对尺寸。如上所述，如硅基绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的功率晶体管可以用于各种应用中。例如，由于它们比较大的电流和电压处理能力，IGBT可以用作电机驱动逆变器中的功率开关。尽管它们具有优点，然而，IGBT由于闩锁效应容易造成故障和失效。例如，利用N型漂移区的垂直IGBT结构通常包括使发射极耦接到集电极的寄生NPN双极结型晶体管。当寄生晶体管无意中导通时，这种IGBT产生闩锁效应，这妨碍了IGBT的绝缘栅极对于控制通过IGBT的电流或关断IGBT的可用性。因此，闩锁效应是非常不期望的情况，并且可能是破坏性的。本申请公开了一种无闩锁效应的功率晶体管的实施方案。根据本申请中公开的示例性实施方案，省略了在常规功率晶体管结构中用作源极或发射极扩散的高掺杂区。在该位置处被配置为与功率晶体管的导电沟道直接物理接触的发射极层的一部分或发射极(发射电极)所取代。因此，本文中所公开的功率晶体管结构消除了在常规IGBT结构中存在的寄生双极结型晶体管，从而有利地防止了闩锁效应的发生。例如，图1A示出了根据一个实施方案的IGBT形式的示例性无闩锁效应的功率晶体管的截面图。图1A呈现了示出在半导体衬底102中的功率晶体管100的一部分的截面图。如图1A所示，功率晶体管100被实施为IGBT，该IGBT包括在半导体衬底102的底表面104处的P型集电极110，和位于P型集电极110上方的N型漂移区114。此外，P型本体116位于N型漂移区114上方。如图1A中进一步所示，功率晶体管100还包括为从半导体衬底102的表面106延伸至N型漂移区114的绝缘栅沟槽形式的绝缘栅极120。绝缘栅极120中的每一个均包括各自的栅极绝缘体122和导电栅电极部124a和124b。功率晶体管100还包括由第一金属形成的发射极层130、由第二金属形成的并且具有宽度142的发射极140、以及由绝缘栅极120控制的导电沟道128。导电沟道128提供了在与绝缘栅极120直接相邻的区域中通过P型本体116的导电路径。因此，当功率晶体管100导通时，导电沟道128被制造成通过P型本体116的N型导电路径，以便经由N型漂移区114将金属发射极140电耦接至P型集电极110。根据图1A中所示的实施方案，导电沟道128是N型沟道。在图1A中还示出了邻接P型集电极110并且因此还与导电沟道128电接触的集电极(集电电极)150。此外，功率晶体管100包括可选的N型缓冲层或场阻止层112、P型本体116的高导电性P型接触区118、以及介电层126。应注意的是，尽管图1A中所示的实施方案将功率晶体管100示出为具有P型集电极110、可选的N型缓冲层112、N型漂移区114、P型本体116，并且示出为配置成产生N型导电沟道128，但是该表示仅是示例性的。在其他实施方案中，所描述的极性可以反转，使得功率晶体管100可以具有N型集电极、可选的P型缓冲层、P型漂移区、以及N型本体，并且可以被配置为产生P型导电沟道。还应注意的是，尽管功率晶体管100被示出为具有垂直IGBT结构，但是在其他实施方案中，本专利技术的原理可以容易地适于在横向IGBT器件中使用。例如，半导体衬底102可以是硅(Si)衬底或碳化硅(SiC)衬底。在一些实施方案中，半导体衬底102可以包括形成在半导体衬底102的外延硅层中的N型漂移区114和P型本体116。例如，这种外延硅层的形成可以通过如本领域中已知的任意合适的方法(例如化学气相沉积(CVD)或分子束外延(MBE))来进行。然而，更一般地，N型漂移区114和P型本体116可以形成在被包括在半导体衬底102中的任意合适的单质或化合物半导体层中。因此，在其他实施方案中，N型漂移区114和P型本体116不需要通过外延生长来形成和/或不需要由硅来形成。例如，在一个替代方案中，N型漂移区114和P型本体116可以形成在半导体衬底102的浮区硅层(floatzonesiliconlayer)中。在其他实施方案中，N型漂移区114和P型本体116可以形成在形成为半导体衬底102的一部分的应变锗层或无应变锗层中。此外，在一些实施方案中，半导体衬底102可以包括另外的层，例如位于P型集电极110与N型漂移区114之间的N型缓冲层或场阻止层112，如图1A所示。P型本体116可以通过注入和热扩散来形成。例如，硼(B)掺杂剂可以被注入到半导体衬底102中并且扩散以形成P型本体116。另外，P型本体116的高导电性P型接触区118可以利用与用于形成P型本体116相同的掺杂物质成为P型本体116的更高掺杂区。应注意的是，高导电性P型接触区118相对于绝缘栅极120间隔开至少与导电沟道128的宽度一样大的距离(例如可以小于或约等于10纳米(10nm)的距离)。栅极绝缘体122和介电层126可以使用本领域中通常采用的任意材料和任意技术来形成。例如，栅极绝缘体122和介电层126可以由氧化硅形成，并且可以通过沉积或热生长来产生栅极绝缘体122和介电层126。导电栅电极部l24a和124b还可以利用在本领域中通常利用的任意材料形成。例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率晶体管，包括：定位成相邻于所述功率晶体管中的导电沟道的绝缘栅极；直接物理接触所述导电沟道的发射极；以及电接触所述导电沟道的集电极。

【技术特征摘要】
2015.08.21 US 14/832,9591.一种功率晶体管，包括：定位成相邻于所述功率晶体管中的导电沟道的绝缘栅极；直接物理接触所述导电沟道的发射极；以及电接触所述导电沟道的集电极。2.根据权利要求1所述的功率晶体管，还包括与半导体衬底的相邻于所述导电沟道的表面接触的发射极层。3.根据权利要求1所述的功率晶体管，其中所述发射极直接物理接触所述功率晶体管的本体。4.根据权利要求1所述的功率晶体管，其中所述功率晶体管的本体包括接触所述功率晶体管的漂移区的底部本体半导体材料和直接物理接触所述发射极的顶部本体半导体材料。5.根据权利要求4所述的功率晶体管，其中所述顶部本体半导体材料包含锗。6.根据权利要求1所述的功率晶体管，其中所述发射极直接物理接触所述功率晶体管的漂移区。7.根据权利要求1所述的功率晶体管，其中所述功率晶体管的漂移区包括在所述集电极上方的底部漂移区半导体材料和直接物理接触所述发射极的顶部漂移区半导体材料。8.根据权利要求1所述的功率晶体管，其中所述导电沟道是N型沟道。9.根据权利要求1所述的功率晶体管，其中所述导电沟道是P型沟道。10.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿勒姆·卡尔穆斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE