半导体器件及有与背面电极直接邻接区的rc-igbt的制作方法_3

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向电流在RC模式中进行对漂移区121整个体积的有效使用。
[0054]在半导体器件500中,宽的第三区133作为点火岛是有效的并确保半导体器件500在低导通状态电流下从晶体管模式改变到IGBT模式,也由于低电流足够触发在第三区133中心中的空穴的注入。另一方面,在第一区域619外部的第二区域611中相当密集布置的η型第一区131彼此足够接近于,使得足够密的电荷载流子等离子体在RC模式的第二区域611中生成。更特别地,在具有相当密集布置的η型第一区131的情况下,在RC模式中的反向电流被阻止沿着横向方向流动以致以下的程度:当大体积被充满有电荷载流子等离子体时,跨越漂移区121的高电压降同时发生,从而导致在反向二极管的正向电压降和反向二极管的恢复性充电之间更坏的折衷。
[0055]由于在第一区域619中没有η型区131,第三区133相对于第二区132的空穴发射极效率减少的空穴发射极效率至少部分抵偿了在IGBT模式中第一区域619中更强的空穴注入。减少的发射极效率导致了在第一区域619和第二区域611当中在基区120中更均匀的电荷载流子等离子体和电流密度分布。在具有更均匀的电荷载流子等离子体和电流密度分布的情况下,在半导体主体100中的温度局部超过可容许的最大温度之前,温度分布更一致且更高的整体导通状态电流能够被允许流动。
[0056]关于在第二区132和第三区133中具有相同杂质浓度的参考半导体器件,在对其他器件参数的相当低的不利影响下可为半导体器件500规定更高的额定电流,其中额定电流是半导体器件500能够承受的而没有被不可逆地损坏的最大的连续电流。
[0057]在图1A的实施例中,相对于第二区132在第三区133中更低的平均净注入剂量减小了 IGBT模式中的空穴发射极效率。其他的实施例可以提供在漂移区121的第一区域619中具有局部增加的平均净η型杂质剂量或浓度的区。
[0058]根据一个实施例,在整个第三区133中的平均净杂质剂量是第二区132中的至多
0.8倍那样高,例如至多0.7倍那样高。在第二区中的平均净杂质剂量是第三区133中的至少1.25倍且至多6倍那样高。根据一个实施例,在第二区132中的平均净杂质剂量可以是第三区133中的至少2倍那样高且至多3倍那样高。
[0059]图1B中的半导体器件500是RC-1GBT,其不同于图1A中的RC-1GBT,因为发射极层130并不直接邻接漂移区121。替代的是,第一导电类型的场停止层128将漂移区121和发射极层130分离。场停止层128中的平均净杂质浓度是漂移区121中的平均净杂质浓度的至少5倍那样高。根据一个实施例。场停止层128中的平均净杂质浓度范围从2E14Cm_3-lE17Cm_3。根据另一个实施例,第二区域611可包括在第一区131的垂直投影中的相反掺杂岛。
[0060]图2A和2B以及图3A-3C提及关于第三区133的修改的各种实施例。
[0061]根据图2A和2B的实施例,第三区133包括至少一个第一区段133a,其具有的净杂质剂量是第二区132中的净杂质剂量的至多80%。根据另一个实施例,第一区段133a的净杂质剂量是第二区132中的净杂质剂量的至多50%。
[0062]第三区133进一步包括第二第三区段133b,其比第一第三区段133a具有更高的净杂质剂量并更接近于第二区132中的净杂质剂量。根据一个实施例,第二区段133b的净杂质剂量可以与第二区132中的相同或近似相同。
[0063]第二区段133b的一个可以直接邻接与第三区133直接邻接的该第一区131。根据一个实施例,直接邻接第一区131中的一个第一区的第二区段133b具有的宽度是第一区131的平均宽度和第二区132的平均宽度之和的至多5倍。
[0064]根据一个实施例,第一区段133a具有与正交于第一横向方向的第二横向尺寸相同数量级的第一横向尺寸,例如嵌入一个连续第二区段133b的多边形,诸如有或没有圆角的矩形或正方形、圆形、椭圆形、卵形或环形。例如第二区段133b可形成规则的栅格,第一区段133a被布置在栅格的网孔内或者反过来。根据另一个实施例,第二区域611中的第一区131和第一区段133a被布置成同一规则图案(例如矩阵)的不同部分。
[0065]在图2A中,沿着同一横向方向,第一区段133a的节距(中心到中心的距离)等于第一区131的节距;其中关于同一横向方向,第一第三区段133a的宽度可以小于、等于或大于第一区131的宽度。
[0066]图2B中的半导体器件500是另外的包括与发射极层130隔开的场停止层128的RC-1GBT0将发射极层130和场停止层128分离的分隔物层129具有第一导电类型且杂质浓度可以相似或等于漂移区121的平均净杂质浓度。分隔物层129可减少或阻止发射极层130和场停止层128的部分的部分补偿。图3A-3C是半导体器件500的水平横截面图,其第三区133包括形成在第二区域611中的条形第一区131的纵向投影内的第一区段133a以及具有比第一区段133a高的杂质浓度的第二区段133b。
[0067]在图3A中,第二区段133b直接邻接第二区132并在第二区132的纵向投影延伸。第二区132和第二区段133b可具有相同的杂质浓度或净杂质剂量并可表示连续结构的两个直接邻接段。第一区段133a在条形第一区131的纵向投影延伸。第一区段133a和第一区131可具有相同的宽度。相应地,第二区132和第二区段133b可具有相同的宽度。相同的注入掩模结合区分第一区域619和第二区域611的掩模可用于定义第一区131以及第一区段133a。除了局部空穴电流密度如上面第一区段133a—样在第一区131之上具有更明确的最小值外,空穴电流流动和空穴分布的横向图案在RC和第一区域611、619中是相似的。
[0068]在图3B中,第一区段133a被布置在第一区131的纵向投影中,其中第二区段133b的部分将第一区131与第一区段133a分离。第一区131和第一区段133a之间的距离可以大于第一区131的宽度。根据一个实施例,第一区131和第一区段133a之间的距离是第二区域611中第一区131的节距的至多5倍。
[0069]图3C的半导体器件500包括布置在第一区域619中的条形第一区131的纵向投影内的第一区段133a。在正交于纵向延伸的第二横向方向,第一区段133a的节距等于第二区域611中的第一区131的节距。第一区段133a的宽度大于第一区131的宽度。第二区段133b相对于第二区132的减少的宽度和得到的减少的空穴注入可至少部分抵偿相对于第一区131在第一区段133a中的附加的空穴注入,在所述第一区131中没有空穴注入发生。结果,分配给第一区域619的漂移区121的部分中的空穴分布图案可更精确地遵从在IGBT模式中分配给第二区域611的漂移区121的部分中的空穴密度分布图案。
[0070]图4A-4B提及半导体器件500,其中第一区域619中的第三区133的空穴发射极效率通过接近于发射极层130的基区120的部分的杂质浓度的修改而减小。
[0071]在图4A中,半导体器件500包括具有与第二区域611中的第二区132相同杂质剂量或者以少于20%落在第二区132的净杂质剂量以下的净杂质剂量的第三区133。净杂质浓度是漂移区121的至少两倍(例如至少5倍)那样高的场停止区128a至少形成在第一区域619的部分中并至少在第二区域611中的第二区132的垂直投影中不存在。根据图示的实施例,场停止区128a在整个第二区域611中不存在。在IGBT模式中,场停止区128a相对于第二区132的空穴发射极效率有选择地减小第三区133的空穴发射极效率,使得在漂移区121中的空穴分布更均匀。
[0072]图4B的半导体器件500包括主要或完全形成在第一区域619中的第一场停止区128a和主要或完全形成在第二区域611中的第二场停止区128b。
[0073]第一场停止区128a可排他地形成在与第二区域611远离的第一区域619的部分中,可在第二区域611中完全不存在,或可至少与第二区域611的最外面的第一区131重叠。第二场停止区128b可排他地形成在第二区域611中,可与第一区域619分隔开,或可与第一区域619重叠。在第一场停止区128a中的平均净杂质剂量是第二停止区128b的至少两倍,例如三倍或五倍那样高。图4A和4B的图案化的场停止可与如参考图1A描述的第三区133中减少的平均净杂质剂量组合。
[0074]实施例的效果是晶体管和二极管单元TC、DC的结构细节的广泛独
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