具有受控阳极注入的逆导型IGBT制造技术

在此描述了一种半导体器件，其包括形成在衬底上的第一元件部分(126)和形成在衬底上的第二元件部分(128)，第一元件部分是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的操作区域，第二元件部分是二极管的操作区域。第一元件部分包括第二导电类型的第一集电极区域(104)、位于第一集电极区域上方并由半导体衬底形成的第一导电类型的漂移区域(108)、位于漂移区域上方的第一导电类型的第一本体区域(110)、位于漂移区域上方的第二导电类型的第二本体区域(112)、位于第二本体区域上方并且与第一本体区域相比具有更高掺杂浓度的第一导电类型的至少一个第一接触区域(116)、与至少一个第一接触区域侧向相邻的第二导电类型的至少一个第二接触区域(114)，至少一个第二接触区域比第二本体区域具有更高掺杂浓度、第一多个沟槽(124)，其从表面穿过第二导电类型的第二本体区域延伸至漂移区域中。第一多个沟槽中的第一沟槽与第一多个沟槽中的第二沟槽侧向间隔开第一距离(X)。第二元件部分包括第一导电类型的第二集电极区域(120)、位于第二集电极区域上方的第一导电类型的漂移区域(108)、位于漂移区域上方的第二导电类型的第三本体区域(112)、从表面穿过第三本体区域延伸至漂移区域中的第二多个沟槽(118)。第二多个沟槽中的第一沟槽与第二多个沟槽中的第二沟槽侧向间隔开第二距离(X

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有受控阳极注入的逆导型IGBT


[0001]本公开涉及半导体器件，特别地但不排他地，涉及逆导型绝缘栅双极型晶体管(RC
‑
IGBT)。

技术介绍

[0002]在逆导型绝缘栅双极型晶体管(RC
‑
IGBT)中，IGBT和二极管并联集成在同一半导体芯片上。用于提高二极管反向恢复性能的传统方法(包括阳极掺杂)通常会降低IGBT的性能。
[0003]US2016/0211257涉及一种具有IGBT部分和二极管部分的半导体器件，其中二极管部分中的沟槽比IGBT部分中的沟槽更窄。
[0004]US 8299496涉及一种在IGBT部分和二极管部分之间具有分开区域的半导体器件。
[0005]US8168999、US6639295、US7952143和US7456484还涉及具有IGBT单元区域和二极管单元区域的半导体器件。

技术实现思路

[0006]根据本公开的一个方面，提供了一种半导体器件，其包括：
[0007]第一元件部分，其形成在衬底上，第一元件部分为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的操作区域；以及
[0008]第二元件部分，其形成在衬底上，第二元件部分是二极管的操作区域，
[0009]其中，第一元件部分包括：
[0010]第二导电类型的第一集电极区域；
[0011]第一导电类型的漂移区域，其位于第一集电极区域上方并由半导体衬底形成。
[0012]第一导电类型的第一本体区域，其位于漂移区域上方；
>[0013]第二导电类型的第二本体区域，其位于漂移区域上方；
[0014]第一导电类型的至少一个第一接触区域，其位于第二本体区域上方并且与第一本体区域相比具有更高掺杂浓度；
[0015]第二导电类型的至少一个第二接触区域，其与至少一个第一接触区域侧向相邻，该至少一个第二接触区域比第二本体区域具有更高掺杂浓度；
[0016]第一多个沟槽，其从表面穿过第二导电类型的第二本体区域延伸至漂移区域中，其中，至少一个第一接触区域邻接多个沟槽中的至少一个沟槽，使得在使用中，沟道区域沿着第一多个沟槽中的所述至少一个沟槽形成并且形成在第二导电类型的本体区域内，并且其中，第一多个沟槽中的第一沟槽与第一多个沟槽中的第二沟槽侧向间隔开第一距离；以及
[0017]其中，第二元件部分包括：
[0018]第二导电类型的第二集电极区域；
[0019]第一导电类型的漂移区域，其位于第二集电极区域上方；
[0020]第二导电类型的第三本体区域，其位于漂移区域上方；
[0021]第二多个沟槽，其从表面穿过第三本体区域延伸到漂移区域中，其中第二多个沟槽中的第一沟槽与第二多个沟槽中的第二沟槽侧向间隔第二距离，并且其中第一距离大于第二距离；以及
[0022]其中，半导体器件还包括：
[0023]第一终端接触件，其中，第一终端接触件电连接到第一导电类型的至少一个第一接触区域和第二导电类型的本体区域；以及
[0024]第二终端接触件，其中，第二终端接触件电连接到第一集电极区域和第二集电极区域。
[0025]与现有技术的器件相比，本公开的器件在不降低IGBT性能的情况下具有改进的二极管反向恢复性能。二极管的阳极注入通过相对于IGBT区域增加二极管区域中的沟槽单元密度来控制。
[0026]第一多个沟槽中的第一沟槽可以是与第一多个沟槽中的第二沟槽相邻的沟槽。第二多个沟槽中的第一沟槽可以是与第二多个沟槽中的第二沟槽相邻的沟槽。换句话说，半导体器件具有彼此反并联集成的二极管和IGBT，其中在器件的二极管侧具有紧密辅助沟槽。
[0027]第一终端接触件可以是发射极接触件，而第二终端接触件可以是集电极接触件。
[0028]第一多个沟槽可以是有源沟槽并且第二多个沟槽可以是辅助沟槽。
[0029]第一多个沟槽可以占据第一元件部分的区部的第一分数，并且第二多个沟槽可以占据第二元件部分的区部的第二分数，并且第二分数可以大于第一分数。由于二极管区部内的沟槽占据了二极管区部的更大部分数，因此二极管区部中具有减少的阳极注入。
[0030]第二多个沟槽可以占据第二元件部分的区部的至少50％。第二多个沟槽可以占据第二元件部分的区区部的至少75％。第二多个沟槽可以占据第二元件部分的区部的50％和75％之间。
[0031]第一元件部分内的沟槽数量密度可以给定为m，并且第二元件部分内的沟槽数量密度可以给定为n，并且m可以基本上小于n。换句话说，二极管区域的沟槽密度高于IBGT区域。增加的沟槽密度允许在二极管区部中形成增强的n阱，可达5倍，而不会影响(击穿电压)BV性能。二极管中的沟槽紧密性提供了电屏蔽，使得可以在更大程度上增强n阱掺杂而不会使BV劣化(减小BV)。
[0032]第一距离可以介于2μm和4μm之间，并且第二距离可以小于2μm。
[0033]第二元件部分可以包括位于漂移区域上方的第一导电类型(或n阱层)的第四本体区域。第四本体区域可以位于第二多个沟槽的第一沟槽和第二多个沟槽的第二沟槽之间。换言之，二极管区部可以在p阳极下方具有n阱层。
[0034]第四本体区域可以比第二本体区域具有更高掺杂浓度。二极管p阳极下方的n阱层的掺杂可以高于器件的IGBT部分中p阱下方的n阱。二极管p阳极(或发射极接触件)下方的n阱的掺杂可以增加到高于IGBT区部中存在的水平。增加的沟槽单元密度(换句话说，二极管区部中相邻沟槽的紧密度)意味着器件的二极管侧中的掺杂n阱区域可以被富集，而不会降低击穿性能。因此，二极管侧的高沟槽密度(或更接近沟槽)和增强的n阱层的组合可实现二极管的阳极注入优化(以实现更低的二极管反向恢复电流(Irr)、二极管反向恢复电荷
(Qrr))和二极管反向恢复能量(Erec))而不影响RC
‑
IGBT性能。这降低了对RC
‑
TIGBT(逆导型沟槽绝缘栅双极型晶体管)寿命控制的要求并有助于保持RC
‑
IGBT的良好性能。
[0035]第四本体区域的掺杂浓度可以大于5x10
16
cm
‑3。第四本体区域的掺杂浓度可以大于1x10
17
cm
‑3。掺杂浓度可以在介于5x10
16
和3x10
17
cm
‑3之间。
[0036]半导体器件还可以包括从表面穿过第一和第二集电极区域延伸到漂移层的一个或多个额外沟槽。换句话说，与第一和第二多个沟槽相比，额外沟槽是倒置的，使得额外沟槽从集电极接触件延伸到漂移层。
[0037]一个或多个额外沟槽可以定位成使得一个或多个额外沟槽部分地位于第一元件部分内并且部分地位于第二元件部分内。
[0038]一个或多个额外沟槽的深度可以介于15μm和20μm之间。
[0039]换言之，器件可以在IGBT集电极侧具有深度为15
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体器件，包括：第一元件部分，其形成在衬底上，所述第一元件部分为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的操作区域；和第二元件部分，其形成在所述衬底上，所述第二元件部分是二极管的操作区域，其中，所述第一元件部分包括：第二导电类型的第一集电极区域；第一导电类型的漂移区域，其位于所述第一集电极区域上方并由半导体衬底形成；第一导电类型的第一本体区域，其位于所述漂移区域上方；第二导电类型的第二本体区域，其位于所述漂移区域上方；第一导电类型的至少一个第一接触区域，其位于所述第二本体区域上方并且与所述第一本体区域相比具有更高掺杂浓度；第二导电类型的至少一个第二接触区域，其与所述至少一个第一接触区域侧向相邻，所述至少一个第二接触区域比所述第二本体区域具有更高掺杂浓度；第一多个沟槽，其从表面穿过第二导电类型的所述第二本体区域延伸至所述漂移区域中，其中，所述至少一个第一接触区域邻接多个沟槽中的至少一个沟槽，使得在使用中，沟道区域沿着所述第一多个沟槽中的所述至少一个沟槽并且在第二导电类型的所述本体区域内形成，并且其中，所述第一多个沟槽中的第一沟槽与所述第一多个沟槽中的第二沟槽侧向间隔开第一距离；以及其中，所述第二元件部分包括：第二导电类型的第二集电极区域；第一导电类型的漂移区域，其位于所述第二集电极区域上方；第二导电类型的第三本体区域，其位于所述漂移区域上方；第二多个沟槽，其从表面穿过所述第三本体区域延伸到所述漂移区域中，其中，所述第二多个沟槽中的第一沟槽与所述第二多个沟槽中的第二沟槽侧向间隔第二距离，并且其中，所述第一距离大于所述第二距离；以及其中，所述半导体器件还包括：第一终端接触件，其中，所述第一终端接触件电连接到第一导电类型的所述至少一个第一接触区域以及第二导电类型的所述本体区域；以及第二终端接触件，其中，所述第二终端接触件电连接到所述第一集电极区域和所述第二集电极区域。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一多个沟槽占据所述第一元件部分的区部的第一分数，并且其中，所述第二多个沟槽占据所述第二元件部分的区部的第二分数，并且其中，所述第二分数大于所述第一分数。3.根据权利要求1或2中任一项所述的半导体器件，其中，所述第二多个沟槽占据所述第二元件部分的所述区部的50％和75％之间。4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的半导体器件，其中，所述第一元件部分内的沟槽数量密度给定为m，并且其中，所述第二元件部分内的沟槽数量密度给定为n，其中，m基本上小于n。5.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述第一距离介于2μm和4μm
之间，并且其中，所述第二距离小于2μm。6.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述第二元件部分包括位于所述漂移区域上方的第一导电类型的第四本体区域，并且其中，所述第四本体区域位于所述第二多个沟槽的所述第一沟槽与所述第二多个沟槽的所述第二沟槽之间。7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，所述第四本体区域比所述第二本体区域具有更高掺杂浓度。8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中，所述第四本体区域的掺杂浓度大于1
×
10
17
cm
‑3。9.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述半导体器件还包括一个或多个额外沟槽，所述一个或多个额外沟槽从表面穿过所述第一集电极区域和所述第二集电极区域延伸到所述漂移区域。10.根据权利要求9所述的半导体器件，其中，所述一个或多个额外沟槽被定位成使得所述一个或多个额外沟槽部分地位于所述第一元件部分内并且部分地位于所述第二元件部分内。11.根据权利要求9或10中任一项所述的半导体器件，其中，所述一个或多个额外沟槽的深度介于15μm和20μm之间。12.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述第二元件部分包括第二导电类型(p+)的至少一个第三接触区域，所述至少一个第三接触区域比所述第三本体区域具有更高掺杂浓度，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：路德金，
申请(专利权)人：株洲中车时代半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：