絕緣柵雙極型晶體管的制作方法

絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種絕緣柵雙極型晶體管，包括：發射極；以及半導體主體，其中所述半導體主體包括：第一基區，具有第一導電類型；源區，具有不同于所述第一導電類型的第二導電類型，并與所述第一基區形成第一pn結；防閂鎖區（P+），形成在所述第一基區中，具有至少一個位于所述源區之下并與所述源區接觸的第一部分，所述防閂鎖區具有所述第一導電類型，并且摻雜濃度大于所述第一基區的摻雜濃度；以及至少一個溝槽，其中，所述至少一個溝槽被填充有柵電極，其中，所述至少一個溝槽具有：第一溝槽部，具有第一寬度；以及第二溝槽部，具有第二寬度；所述第二寬度不同于所述第一寬度。通過本實用新型的技術方案，防止了IGBT發生閂鎖效應。
【專利說明】絕緣柵雙極型晶體管
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種半導體器件，更具體地，涉及一種絕緣柵雙極型晶體管。
【背景技術】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(IGBT:1nsulated Gate Bipolar Transistor)是由金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET:Metal-0xide-Semiconductor Field-EffectTransistor)和雙極型晶體管(BJT:Bipolar Junction Transistor)復合而成的半導體器件，其兼具這兩種器件的優點，既具有MOSFET的驅動功率小和開關速度快的優點，又具有BJT的飽和壓降低且電流承載容量大的優點。因此，近年來IGBT已經廣泛應用于諸如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等需要進行電力轉換的領域。 [0003]圖1示出了現有的IGBT的一個實例。如圖1所示，IGBT100被示出為具有溝槽柵場終止型結構，其包括順次層疊的P型集電區ll、n型場終止區12、n-型漂移區13、p型基區14以及η+型源區15，以及形成在η-型漂移區13、ρ型基區14以及η+型源區15中的柵極16和柵氧化層17。
[0004]進一步地，在圖1所示的IGBT100中，柵極16包括具有均勻截面寬度的上部柵極161以及截面寬度大于上部柵極161的截面寬度的下部柵極162。這種結構可被稱為局部窄臺(PNM:Partially Narrow Mesa)結構。在 Masakiyo Sumitomo 等人發表于 2012 年第 24屆國際功率半導體器件與功率集成電路會議(ISPSD !International Symposium on PowerSemiconductor Devices and IC)的論文“Low Loss IGBT with Partially Narrow MesaStructure (PNM-1GBT) ”以及美國專利第US7800187B2號中記載了具有類似結構的IGBT。通過形成如圖1中虛線框所示的局部窄臺結構(兩個相鄰溝槽柵之間的基區被窄化)，能夠在確保不減小金屬-半導體接觸面積的情況下減小臺面寬度(兩個相鄰溝槽柵之間的基區的寬度)，從而IGBT100的飽和電壓顯著降低，并且通態電壓和關斷損耗之間也能獲得良好權衡。
[0005]然而，在圖1所示的IGBT100中，臺面區域變窄使得該區域中的電流密度增加。在IGBT100關斷過渡期間，該區域中的大部分或者幾乎所有的電流由空穴運載，高空穴電流密度要流向下一個P接觸區，導致電流在流過P型基區14的位于η+型源區15之下的部分時產生橫向電壓降(lateral voltage drop)。該電壓降使得IGBT100的寄生晶閘管(具有由P型集電區11、η型場終止區12/η-型漂移區13、ρ型基區14以及η+型源區15構成的PNPN結構)中的NPN管被導通,這特別是在過電流截止(over-current-turn-off)時更容易發生。結果，IGBT100發生閂鎖(Latch up)效應，其中的等效MOSFET的控制能力降低甚至無效，IGBT100最終將因過熱而損壞。
[0006]對于局部窄臺結構的IGBT可能出現如上所述的閂鎖現象，不僅如此，對于通常的IGBT也可能出現閂鎖現象。
[0007]第二個問題是:在PNM-1GBT中，通常實現了溝槽的高密度。因此，PNM-1GBT每個區域都具有大的溝道寬度和高的溝道導電率。這意味著在短路操作時，極高的電流密度流過器件，并伴隨有高的集電極-發射極電壓。這將導致器件在幾個微秒內損壞。
[0008]第三個問題是:臺面結構的末端將會有拐角(corner)或者溝槽(trench)的以某種方式弄圓的結構。由于幾何原因(如果柵極圍繞該拐角將會更明顯(effective)，由于溝道區域不同的摻雜等級(在氧化期間硼分離到柵極氧化物中，或在不同的晶面(crystallographic plane)平面中高溫退火是不同的),或者由于柵極氧化物不同的性能，例如厚度或界面電荷(這些也取決于各個晶面)，在該區域(臺面末端區域)，MOS溝道閾值電壓將不同于(通常低于)臺面的長側處的電壓。這會導致在臺面末端更高的電流密度或者甚至長期退化和閾值電壓的不穩定。
[0009]PNM-1GBT在US6521538B2以及US7800187B2中進行了描述。然而，現有技術中還沒有提出對于上述技術問題的解決方案。在US7800187B2中所示的結構具有以下缺陷:與η+區的接觸以及間隔的P體區占用很大區域，這抵消了 PNM-1GBT的基本思想，PNM-1GBT的基本思想是實現非常窄的臺面區域，從而在導通狀態下在η基體區域中實現高載流子濃度。
實用新型內容
[0010]鑒于上述問題，期望提供至少能夠避免上述一個缺陷的IGBT器件。
[0011]根據本實用新型的一個方面，提供了一種絕緣柵雙極型晶體管，包括:發射極；以及半導體主體，其中所述半導體主體包括:第一基區，具有第一導電類型；源區，具有不同于所述第一導電類型的第二導電類型，并與所述第一基區形成第一 pn結；防閂鎖區，形成在所述第一基區中，具有至少一個位于所述源區之下并與所述源區接觸的第一部分，所述防閂鎖區具有所述第一導電類型，并且摻雜濃度大于所述第一基區的摻雜濃度；以及至少一個溝槽，其中，所述至少一個溝槽被填充有柵電極，其中，所述至少一個溝槽具有:第一溝槽部，具有第一寬度；以及第二溝槽部，具有第二寬度；所述第二寬度不同于所述第一寬度。
[0012]優選地，所述第一基區的一部分橫向方向位于所述防閂鎖區的第二部分和所述至少一個溝槽之間。
[0013]優選地，所述第一基區的一部分橫向方向位于所述防閂鎖區的第一部分和所述至少一個溝槽之間。
[0014]優選地，所述防閂鎖區與所述溝槽之間的距離為100nm-800nm。
[0015]優選地，所述防閂鎖區的至少一部分與所述至少一個第一溝槽的絕緣部接觸，所述絕緣部將所述柵電極至少與所述源區和所述第一基區絕緣。
[0016]優選地，所述源區包括第一源區和第二源區，其中，所述防閂鎖區的第二部分和所述第一基區的在所述發射極側的表面的一部分位于所述發射極側的所述第一源區的表面和所述第二源區的表面之間。
[0017]優選地，所述源區沿著所述第一方向的寬度為0.5 μ m-3 μ m。
[0018]優選地，所述防閂鎖區形成有凹槽，其中，所述凹槽被填充有所述發射極的一部分，使得所述發射極與所述源區和所述防閂鎖區接觸。
[0019]優選地，所述凹槽的深度至少等于所述防閂鎖區的第一部分和所述源區之間的pn結的深度。
[0020]優選地，所述凹槽在與所述至少一個溝槽的延伸方向相同的方向延伸。[0021]優選地，介電層位于所述發射極和所述半導體主體之間；
[0022]所述發射極包括:第一發射極部分，位于所述介電層之上；以及第二發射極部分，穿過所述介電層，從所述第一發射極部分延伸至所述凹槽中。
[0023]優選地，所述源區包括第一源區和第二源區，分別位于所述第二發射極部分的兩側。
[0024]優選地，所述第二溝槽部沿所述絕緣柵雙極型晶體管的垂直方向設置在所述第一溝槽部之下，其中，在所述絕緣柵雙極型晶體管的橫向方向，所述第二寬度大于所述第一寬度。
[0025]優選地，所述第一溝槽部的第一寬度是沿所述第一溝槽部的均勻寬度。
[0026]優選地，所述至少一個溝槽包括絕緣部，將所述柵電極至少與所述源區和所述第
一基區絕緣。
[0027]優選地，一對所述柵極溝槽和所述源區限定出一個臺面結構，所述臺面結構的末端的某些位置具有拐角結構、倒角結構或圓弧結構。
[0028]優選地，所述防閂鎖區的多個部位以預定間隔延伸至所述柵極溝槽結構的預定位置。
[0029]優選地，所述柵極還包括:柵極溝槽連接部，垂直于所述至少一個柵極溝槽的延伸方向，并連接兩個所述柵極溝槽。
[0030]優選地，所述防閂鎖區的預定部位延伸至所述柵極溝槽連接部；或所述防閂鎖區的預定部位延伸至所述至少一個溝槽與所述柵極溝槽連接部所形成的拐角處。
[0031]優選地，所述絕緣柵雙極型晶體管是溝槽柵場終止型絕緣柵雙極型晶體管。
[0032]優選地，所述的絕緣柵雙極型晶體管還包括:漂移區，具有不同于所述第一導電類型的第二導電類型，并位于所述第一基區的與發射極側相反的一側，并與所述第一基區形成第二 pn結；集電區，具有所述第一導電類型，并位于所述第二基區的與所述第一基區側相反的一側；以及集電極，與所述集電區接觸。
[0033]優選地，所述至少一個溝槽在所述漂移區中延伸。
[0034]優選地，所述的絕緣柵雙極型晶體管，還包括:介電層，位于所述發射極和所述第一基區之間；所述發射極包括:第一發射極部分，位于所述介電層之上；以及第二發射極部分，穿過所述介電層，從所述第一發射極部分延伸至所述源區，并與所述源區形成接觸區。
[0035]優選地，在所述發射極和所述源區之間設置有接觸區。
[0036]優選地,所述接觸區包含硒或硫原子。
[0037]優選地，所述接觸區是阻擋層。
[0038]優選地，所阻擋層包括T1、Tiw、TiN, TaN中的至少一個。
[0039]通過本實用新型的技術方案，有效防止了在IGBT發生閂鎖(Latchup)效應；而且降低了在短路操作時流過器件的電流密度，延長了器件壽命；減小或消除了 MOS溝道閾值電壓的不穩定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]在附圖中，不同視圖中的相似參考符號一般表示相同部分。附圖不一定按比例繪制，重點在于對本實用新型的原則進行圖解說明。在以下說明中，根據以下附圖對本實用新型的各個實施方式進行了說明，在附圖中:
[0041 ] 圖1是示出現有的IGBT的一個實例的斜視圖；
[0042]圖2A是示出根據本實用新型的一個實施方式的IGBT的截面圖；
[0043]圖2B是示出根據本實用新型的一個實施方式的IGBT的斜視圖。
[0044]圖3是示出根據本實用新型的一個變形例的IGBT的斜視圖；
[0045]圖4是示出根據本實用新型的一個變形例的IGBT的斜視圖；
[0046]圖5A、圖5B和圖5C是示出根據本實用新型的另外的幾個變形例的IGBT的截面圖；以及
[0047]圖6是示出根據本實用新型的另一個變形例的IGBT的截面圖。
【具體實施方式】
[0048]以下詳細說明參照附圖進行，附圖以圖解方式示出可實施本實用新型的具體細節和實施方式。
[0049]本文可使用關于在側面或表面“之上”形成材料的詞語“之上”，表示該材料可“直接”形成于所述側面或表面“之上”，例如，與其直接接觸；或者，也可表示材料“間接”形成于所述側面或表面“之上”，所述側面或表面與該材料之間設有一個或多個附加層。因為實施方式的組件可設置于多種不同的方位，所以方向性術語僅用于示出的目的，而絕不是用于限制。
[0050]本實用新型的核心之一是通過在源區之下使用區域ρ+(防閂鎖區)防止在IGBT中發生閂鎖。
[0051]本實用新型的實施方式中，在η+源區之下插入一區域p+，目的是減小源區之下的P區的電阻。因此空穴能夠通過該高導電率區域流到發射極接觸區(contact)，而不會導致壓降過大以將源極-體區-Pn結正向偏置，從而防止了閂鎖。
[0052]優選實施例:
[0053]I)在一個優選實施例中，區域ρ+和通過溝槽接觸與η+源區同時接觸。
[0054]2)在第二優選實施例中，區域P+到達位于臺面的末端的某些位置的溝槽。這可以是一個拐角(corner)或者位于臺面的最末端。在這些位置，源極之下的ρ摻雜如此高，以至于在額定范圍內的柵極電壓下沒有MOS溝道能夠形成。因此，上述降低的或不穩定的MOS閾值電壓的問題得到了解決。
[0055]3)在第三優選實施例中，區域P+到達溝槽的沿著臺面的大部分或多或少的規則間隔開的位置。這導致溝道寬度以及短路模式流過的電流的相當大的減少。取決于剩余的有源溝道寬度，可以實現更長的短路持續時間。
[0056]以下參照附圖具體描述:
[0057]圖2Α是示出根據本實用新型的一個實施方式的IGBT的截面圖。參照圖2Α，IGBT200被示出為具有溝槽柵場終止型結構，其包括順次層疊的集電極C、ρ型集電區21、η型場終止區22、η-型漂移區23 ;半導體主體，其中所述半導體主體包括:ρ型基區24以及η+型源區25，以及形成在η-型漂移區23、ρ型基區24以及η+型源區25中的柵極26和柵氧化層27，其中，所述η+型源區25與所述第一基區24形成第一 pn結。另外，在ρ型基區
24、η+型源區25、柵極26的上表面上形成有介電層(層間電介質)28。其中，η-型漂移區23位于所述第一基區24的與發射極側相反的一側，并與所述第一基區24形成第二 pn結。
[0058]IGBT200還包括至少一個溝槽，其中所述至少一個溝槽被填充有柵電極26，其中，所述至少一個溝槽具有:第一溝槽部261 (為了便于說明，填充在所述第一溝槽部261中的第一柵極部也由標號261表示)，具有第一寬度；以及第二溝槽部262 (為了便于說明，填充在所述第二溝槽部262中的第二柵極部也由標號262表示)。所述第二溝槽部262沿所述絕緣柵雙極型晶體管200的垂直方向設置在所述第一溝槽部261之下，其中，在所述絕緣柵雙極型晶體管200的橫向方向，所述第二寬度大于所述第一寬度。所述至少一個溝槽在所述漂移區23中延伸。
[0059]所述第一溝槽部261的第一寬度是沿所述第一溝槽部的均勻寬度。
[0060]所述至少一個溝槽包括絕緣部27，將所述柵電極26至少與所述源區25和所述第一基區24絕緣。
[0061]IGBT200還具有發射極29,發射極29包括第一發射極部分291和第二發射極部分292。第一發射極部分291形成在介電層28上，換句話說，介電層28位于所述發射極29和所述半導體主體之間。第二發射極部分292從第一發射極部分291的下表面向下延伸穿過介電層28，與η+型源區25接觸。
[0062]集電區21具有所述第一導電類型，并位于所述第二基區(漂移區23)的與所述第一基區24側相反的一側；集電極C與所述集電區21接觸。
[0063]該實施方式中，還設置有接觸區P+ (防閂鎖區)，形成在P型基區24中，所述接觸區P+的至少一部分位于所述源區25之下并與所述源區25接觸，所述接觸區P+為P+摻雜，并且摻雜濃度大于所述第一基區24的摻雜濃度。所述防閂鎖區P+的至少一部分與所述至少一個第一溝槽的絕緣部27接觸。
[0064]其中，所述防閂鎖區P+與所述發射極29接觸。所述防閂鎖區P+具有與源區25橫向相鄰的第二部。所述第一基區的一部分橫向方向位于所述防閂鎖區P+的第二部分和所述至少一個溝槽之間。
[0065]優選地，所述防閂鎖區P+與所述柵極溝槽之間的距離為100nm-800nm。
[0066]所述防閂鎖區P+的至少一部分與所述溝槽的絕緣部27接觸，所述絕緣部27將所述柵電極26至少與所述源區25和所述第一基區24絕緣。
[0067]所述源區25包括第一源區和第二源區，其中，所述防閂鎖區P+的第二部分和所述第一基區24的在所述發射極側的表面的一部分位于所述發射極29側的所述第一源區的表面和所述第二源區的表面之間。
[0068]一對所述柵極溝槽和所述源區25限定出一個臺面結構，所述臺面結構的末端的某些位置具有拐角結構、倒角結構或圓弧結構。通過設置接觸區P+，能夠減小源區25之下的P區的電阻。因此空穴能夠通過該高導電率區域流到發射極接觸區(contact)，而不會在該區域產生過大的壓降，以將源極-體區-pn結正向偏置，從而防止了閂鎖。
[0069]圖2B是示出根據本實用新型的一個實施方式的IGBT的斜視圖。
[0070]在圖2B中，為便于觀察，省略了發射極與半導體上側表面之間的介電層。
[0071]該實施方式中，所述源區25可包括η個子源區，以預定間隔沿著第一方向(即圖中垂直于紙面的方向)設置于所述第一基區24之上，其中η為大于或等于2的整數。
[0072]可用不同的方式制造所述接觸區P+。如果使用了與半導體表面的平面接觸，該接觸區P+能夠在所述第一方向以與源區25交替的方式制造。在沒有源區25的位置處，區域P+域可到達半導體表面。
[0073]S卩，除了前面所提到的，所述接觸區P+的一部分位于所述源區25之下并與所述源區25接觸，所述接觸區P+還可包括第二部分，該第二部分與所述η個子源區交替設置。
[0074]第一方向上的子源極區的寬度必須保持足夠小(例如，0.5 μ m - 3 μ m),以盡量減少該子源極區之下可能產生閂鎖效應的電流的路徑，從而防止發生閂鎖。
[0075]圖2B中示出了源區25包括兩個子源區，分別設置于半導體表面的前部和后部，接觸區P+的第二部分設置于兩個子源區之間；所述接觸區P+的第二部分的上表面與所述源區25的上表面齊平，當然也可以設置為并非齊平。
[0076]其中，柵極26形成于柵極溝槽中，其包括:第一柵極部分261，具有均勻寬度；以及第二柵極部分262，位于所述第一柵極部分261以下，并且具有大于所述均勻寬度的寬度。
[0077]一對所述柵極溝槽與所述源區25限定出一個臺面結構，所述臺面結構的末端的某些位置具有拐角結構、倒角結構或圓弧結構。
[0078]圖3是示出根據本實用新型的一個變形例的IGBT的斜視圖；
[0079]接觸區域P+的另一種可能性是使用凹槽(groove)接觸來將接觸區連接到發射極金屬。
[0080]圖3中示出了這樣的實施方式。該實施方式與圖2A、圖2B中所示的實施方式相t匕，主要區別在于，接觸區P+的上表面形成有凹槽(groove) G1，其中，所述凹槽Gl被填充有所述發射極39的一部分，使得所述發射極與所述源區35和所述防閂鎖區P+接觸。凹槽Gl的延伸方向可與柵極36的溝槽(trench)的延伸方向相同，即圖中垂直于紙面的方向。第二發射極部分392的下部穿過η+型源區35并延伸至凹槽Gl的底部。由于發射極39與接觸區P+形成了凹槽接觸，其旁路(bypass)所述基區34和η+源區35之間的pn結,從而部分地短路由P型集電區31、η型場終止區32、η-型漂移區33、ρ型基區34以及η+型源區35形成的PNPN結構，也就是說，由η-型漂移區33、ρ型基區34以及η+型源區35形成的寄生ηρη晶體管在ρ型基區34和η+型源區35之間起到短路作用。因此在IGBT300過電流截止期間，P型基區34的位于η+型源區35之下的長度被限制到溝槽和凹槽接觸之間的距離，從而降低截止期間的歐姆壓降。因此，避免了 IGBT300在截止期間出現閂鎖，保證了 IGBT300的正常工作。
[0081]優選地，凹槽Gl的深度至少等于所述接觸區P+的第一部分和η+型源區35之間形成的pn結的深度。在這種情況下，可以使用連續的η+源區。如圖3中所示，所述源區25包括第一源區和第二源區，分別位于所述第二發射極部分392兩側。其中第一源區和第二源區各自都為連續的，不同于圖2Α、圖2Β中所示的以預定間隔設置。
[0082]所述凹槽Gl在與至少一個溝槽的延伸方向相同的方向延伸。其中，凹槽Gl的底部可距由P型基區34和η+型源區35共同形成的半導體上側表面0.2至1.5 μ m。
[0083]由此，可以確保IGBT300中的寄生ηρη晶體管的基區和發射極被有效地短路。
[0084]圖4是示出根據本實用新型的一個變形例的IGBT的截面圖；以及
[0085]圖4中所示的實施方式中，IGBT400是從源區45的上表面剖開的。與之前的實施方式不同之處在于，所述IGBT400的柵極26還包括:第三柵極部分44，具有均勻寬度，垂直于所述第一柵極部分461，第二柵極部462，并連接彼此相對的兩個第一柵極部分461和462。
[0086]第三柵極部463，也稱作溝槽連接部，垂直于所述至少一個柵極溝槽的延伸方向，并連接兩個所述柵極溝槽。
[0087]所述防閂鎖區P+的預定部位延伸至所述柵極溝槽連接部463 ;或所述防閂鎖區P+的預定部位延伸至所述至少一個溝槽與所述柵極溝槽連接部463所形成的拐角處。
[0088]圖5A、圖5B和圖5C是示出根據本實用新型的另外的幾個變形例的IGBT的截面圖；
[0089]圖5A、圖5B和圖5C示出了區域P+接觸溝槽的實施例。所示的三個實施例是沿著η+源極區之下(以及接觸凹槽之下)的深度水平剖開的。
[0090]根據本實用新型的一些實施例，所述接觸區P+延伸至所述臺面結構末端的柵極溝槽的預定位置。其中，所述接觸區P+的邊緣處與柵極溝槽的距離必須相當小，例如，100nm-800nm。這也指的是不位于臺面結構的末端的接觸區P+的某些部分。
[0091]防閂鎖區P+的多個部位以預定間隔延伸至所述柵極溝槽結構的預定位置。
[0092]具體地，如圖5A所示，所述接觸區P+的預定部位(左上側角581和右上側角582延伸至所述第一、第二柵極部分461，462的溝槽與所述第三柵極部分463的溝槽形成的拐角處。該拐角(corner)可以為90度至135°角或其他角度,也可以是弄圓了的角。
[0093]如圖5B所述,所述接觸區P+的預定部位延伸至臺面結構的一側的整個末端583,即，所述第三柵極部分的溝槽處；
[0094]在這些位置，源極之下的ρ摻雜如此高，以至于在額定范圍內的柵極電壓下沒有MOS溝道能夠形成。因此，上述降低的或不穩定的MOS閾值電壓的問題得到了解決。
[0095]如圖5C所述，區域P+到達溝槽的沿著臺面的大部分或多或少的規則間隔開的位置，具體地，所述接觸區P+多個部位585、586以預定間隔延伸至靠近所述第一柵極的溝槽處。
[0096]圖5C所示的技術方案，能夠導致溝道寬度降低以及短路模式流過的電流的相當大的降低。取決于剩余的有源溝道寬度，可以實現更長的短路持續時間。
[0097]圖6是示出根據本實用新型的另一個變形例的IGBT的截面圖。
[0098]本實用新型進一步的實施例通過不同的方法防止閂鎖。此處，通過將摻雜等級降至，例如，l*1019cm-3或者甚至優選降至l*1018cm_3之下，η+源區的發射效率會降低。由于只有當ηρη晶體管(η源極/p體區/n漂移區)以及pnp晶體管(ρ發射極/n漂移區/p體區)的增益之和達到I時，閂鎖才會出現，降低ηρη結晶體管的增益能夠防止閂鎖。由于與唯一適度高摻雜的η源極的接觸電阻將會很高，沒有進一步措施，該實施例應該與位于接觸金屬和η源極之間的界面處的額外接觸區相結合。該額外的接觸區具有低接觸電阻，可以是注入有，例如，硒或硫離子的區域。特別地，硒原子的注入導致歐姆接觸處于較低摻雜濃度，因為在離子注入范圍的末端，硒原子分離并部分形成能量級深深位于帶隙間的電無源簇(inactive cluster)。通常的注入劑量在3*1013硒原子每cm3和3*1014硒原子每cm3。離子注入能量應該在20和150KeV之間或者最好在30至70keV之間范圍內。
[0099]可選地，可通過高劑量注入通常非摻雜元素(例如氬或硅)能夠實現具有強損壞以及深能級高濃度的歐姆接觸區；優選地，后續退火溫度應該在950° C之下或者在350° C之下更好，或者在300° C之下更好。[0100]此外，可以提供源極區中的η型摻雜等級的橫向變化；例如，該區域中較高的摻雜級別(其中P型濃度高)，以及該區域中較低的摻雜級別(其中，P型濃度低)。以此方式，能夠實現發射極效率的同質的(homogenous)降低。
[0101]圖6所示的IGBT600為采用上述方法形成的，與圖2A所示的IGBT200的區別在于發射極69的第二部分692之下形成有額外的接觸區61。
[0102]如圖6所不，發射極69,位于所述源區65之上；介電層68,位于所述發射極69和所述第一基區64之間；所述發射極69包括:第一發射極部分691，位于所述介電層68之上；以及第二發射極部分692，穿過所述介電層68。與所述源區65的電接觸是通過額外的接觸區61實現的。該接觸區61設置在發射極和源區65之間。
[0103]所述接觸區61包含硒或硫原子。所述接觸區61是阻擋層。所阻擋層包括T1、TiW、TiN, TaN中的至少一個。
[0104]通過圖6所示的技術方案，同樣能夠有效防止閂鎖的形成。
[0105]盡管上文以具有局部窄臺結構的IGBT器件為例進行了說明，但本實用新型的技術不限于此，例如也可應用于具有通常的溝槽柵結構的IGBT盡管上文以具有溝槽柵場終止型結構的IGBT器件為例進行了說明，但本實用新型的技術不限于此，例如也可應用于平面柵結構的IGBT器件。在除上文所述的IGBT器件之外的具有其他結構的IGBT器件中，應用本實用新型的技術，同樣能夠有效地避免閂鎖效應的發生。
[0106]上文根據特定實施方式對本實用新型進行了具體示出和說明，但本領域的技術人員應理解，只要不脫離所附權利要求限定的本實用新型的主旨和范圍，可對其形式和細節進行各種改變。因此，本實用新型的范圍如所附權利要求所述，因此，只要符合權利要求等同物的意義和范圍，可進行各種改變。
【權利要求】
1.一種絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400，600)，其特征在于，包括: 發射極(29，39);以及 半導體主體，其中所述半導體主體包括: 第一基區(24，34，44)，具有第一導電類型； 源區(25，35，45)，具有不同于所述第一導電類型的第二導電類型，并與所述第一基區(24,34)形成第一 pn結； 防閂鎖區(P+)，形成在所述第一基區(24，34，44)中，具有至少一個位于所述源區(25，35，45)之下并與所述源區(25，35，45)接觸的第一部分，所述防閂鎖區(P+)具有所述第一導電類型，并且摻雜濃度大于所述第一基區(34)的摻雜濃度；以及 柵極，形成在柵極溝槽中，其中，所述柵極溝槽被填充有柵電極，其中，所述柵極溝槽具有:第一溝槽部(261)，具有第一寬度；以及第二溝槽部(262)，具有第二寬度；所述第二寬度不同于所述第一寬度。
2.根據權利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400，600)，其特征在于，所述防閂鎖區(P+)與所述發射極(29，292，39，392)接觸。
3.根據權利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400，600)，其特征在于，所述防閂鎖區(P+)具有與源區(25，35，45)橫向相鄰的第二部。
4.根據權利要求3所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400，600)，其特征在于，所述第一基區的一部分橫向方向位于所述防閂鎖區(P+)的第二部分和所述柵極溝槽之間。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400，600)，其特征在于，所述第一基區的一部分橫向方向位于所述防閂鎖區(P+)的第一部分和所述柵極溝槽之間。
6.根據權利要求5所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300,400,)，其特征在于，所述防閂鎖區(P+)與所述柵極溝槽之間的距離為100nm-800nm。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于，所述防閂鎖區(P+)的至少一部分與所述柵極溝槽的絕緣部(27)接觸，所述絕緣部(27)將所述柵電極(26 )至少與所述源區(25 )和所述第一基區(24，34)絕緣。
8.根據權利要求1至4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于，所述源區(25，35，45)包括第一源區和第二源區，其中，所述防閂鎖區(P+)的第二部分和所述第一基區(24，34)的在所述發射極側的表面的一部分位于所述發射極側的所述第一源區的表面和所述第二源區的表面之間。
9.根據權利要求1至4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(200)，其特征在于，所述源區(25，35，45)沿著所述第一方向的寬度為0.5μπι-3μπι。
10.根據權利要求1至4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于， 所述防閂鎖區(Ρ+)形成有凹槽(G1，G2)，其中，所述凹槽(G1，G2)被填充有所述發射極(29，39)的一部分，使得所述發射極與所述源區(25，35，45)和所述防閂鎖區(P+)接觸。
11.根據權利要求10所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于， 所述凹槽(G1，G2)的深度至少等于所述防閂鎖區(P+)的第一部分和所述源區(25，35，45)之間的pn結的深度。
12.根據權利要求10所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300)，其特征在于，所述凹槽(Gl，G2)在與所述柵極溝槽的延伸方向相同的方向延伸。
13.根據權利要求10所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于， 介電層(28)位于所述發射極(29，39)和所述半導體主體之間； 所述發射極(29，39)包括: 第一發射極部分(291，391)，位于所述介電層(28 )之上；以及 第二發射極部分(292，392)，穿過所述介電層(28)，從所述第一發射極部分(291，391)延伸至所述凹槽(G1，G2)中。
14.根據權利要求13所述的絕緣柵雙極型晶體管(300)，其特征在于， 所述源區(25，35，45)包括第一源區和第二源區，分別位于所述第二發射極部分(292，392)的兩側。
15.根據權利要求 1-4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300)，其特征在于，所述第二溝槽部(262)沿所述絕緣柵雙極型晶體管(300)的垂直方向設置在所述第一溝槽部(261)之下，其中，在所述絕緣柵雙極型晶體管(300)的橫向方向，所述第二寬度大于所述第一寬度。
16.根據權利要求1至4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300)，其特征在于，所述第一溝槽部(261)的第一寬度是沿所述第一溝槽部的均勻寬度。
17.根據權利要求1至4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300)，其特征在于， 所述柵極溝槽包括絕緣部(27)，將所述柵電極(26)至少與所述源區(25)和所述第一基區(24，34)絕緣。
18.根據權利要求1至4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400)，其特征在于， 一對所述柵極溝槽和所述源區(25，35，45)限定出一個臺面結構，所述臺面結構的末端的某些位置具有拐角結構、倒角結構或圓弧結構。
19.根據權利要求1-4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300)，其特征在于， 所述防閂鎖區(P+)的多個部位以預定間隔延伸至所述柵極溝槽的結構的預定位置。
20.根據權利要求18所述的絕緣柵雙極型晶體管(400)，其特征在于， 所述柵極(46)還包括:柵極溝槽連接部(463)，垂直于所述柵極溝槽的延伸方向，并連接兩個所述柵極溝槽。
21.根據權利要求20所述的絕緣柵雙極型晶體管(400)，其特征在于， 所述防閂鎖區(P+)的預定部位(583，584)延伸至所述柵極溝槽連接部(463);或所述防閂鎖區(P+)的預定部位(581，582，586)延伸至所述柵極溝槽與所述柵極溝槽連接部(463)所形成的拐角處。
22.根據前述權利要求1-4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400)，其特征在于， 所述絕緣柵雙極型晶體管(200，300 )是溝槽柵場終止型絕緣柵雙極型晶體管。
23.根據權利要求1-4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400)，其特征在于，還包括: 漂移區(23，33，43)，具有不同于所述第一導電類型的第二導電類型，并位于所述第一基區(24，34，44)的與發射極側相反的一側，并與所述第一基區(24，34)形成第二 pn結；集電區(21，31，41)，具有所述第一導電類型，并位于所述漂移區(23，33，43)的與所述第一基區(24，34，44)側相反的一側；以及集電極(C)，與所述集電區(21，31，41)接觸。
24.根據權利要求23所述的絕緣柵雙極型晶體管(200，300，400)，其特征在于:所述柵極溝槽在所述漂移區(23)中延伸。
25.根據權利要求1至4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(600)，其特征在于還包括:介電層(68 )，位于所述發射極(69 )和所述第一基區(64 )之間；所述發射極(69)包括:第一發射極部分(691 )，位于所述介電層(68)之上；以及第二發射極部分(692)，穿過所述介電層(68)，從所述第一發射極部分(691)延伸至所述源區(65)，并與所述源區(65)形成接觸區(61)。
26.根據權利要求1至4中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管(600)，其特征在于:在所述發射極和所述源區(65)之間設置有接觸區(61)。
27.根據權利要求25所述的絕緣柵雙極型晶體管(600)，其特征在于:所述接觸區(61)包含硒或硫原子。
28.根據權利要求25所述的絕緣柵雙極型晶體管(600)，其特征在于:所述接觸區(61)是阻擋層。
29.根據權利要求28所述的絕緣柵雙極型晶體管(600)，其特征在于:所阻擋層包括T1、Tiff, TiN, TaN中的至少一個。
【文檔編號】H01L29/10GK203456468SQ201320220862
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年4月26日 優先權日:2013年4月26日
【發明者】弗蘭克·普菲爾什, 漢斯-約阿希姆·舒爾茨, 霍爾格·豪斯肯 申請人:英飛凌科技股份有限公司