具有IGBT区段和二极管区段的RC-IGBT的制作方法

文档序号:24341470发布日期:2021-03-19 12:23阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种rcigbt(1),包括:

-有源区(1-2),其具有igbt区段(1-21)、二极管区段(1-22)以及在igbt区段(1-21)和二极管区段(1-22)之间的过渡区段(1-23),其中igbt区段(1-21)和二极管区段(1-22)从相对的横向方向邻接过渡区段(1-23);

-围绕有源区(1-2)的边缘终止区(1-3);

-半导体本体(10),其具有前侧(110)和背侧(120),半导体本体(10)的厚度(d)被限定为沿着前侧(110)和背侧(120)之间的竖向方向(z)的距离,其中过渡区段(1-23)的总的横向延伸(tle)达到半导体本体厚度(d)的至少30%;

-多个沟槽(14、15、16),其被布置在igbt区段(1-21)、二极管区段(1-22)和过渡区段(1-23)中的每个中,每个沟槽(14、15、16)沿着竖向方向(z)从前侧(110)延伸到半导体本体(10)中并且包括被通过沟槽绝缘体(142、152、162)与半导体本体隔离的沟槽电极(141、151、161),其中两个相邻的沟槽限定半导体本体(10)中的相应的台面部分(17);

-在半导体本体前侧(110)处的第一负载端子(11)和在半导体本体背侧(120)处的第二负载端子(12),其中,

○igbt区段(1-21)被配置用于在第一负载端子(11)与第二负载端子(12)之间传导正向负载电流;并且

○二极管区段(1-22)被配置用于在第一负载端子(11)与第二负载端子(12)之间传导反向负载电流;

-控制端子(13),用于控制正向负载电流,其中,在igbt区段(1-21)中,被电连接到控制端子(13)的沟槽电极(141)的平均密度是在过渡区段(1-23)中被连接到控制端子(13)的沟槽电极(141)的平均密度的至少两倍那么大,

-第一导电类型的漂移区(100),其被形成在半导体本体(10)中并且延伸到igbt区段(1-21)、二极管区段(1-22)和过渡区段(1-23)中的每个中;

-第二导电类型的本体区(102),其被形成在半导体本体(10)的台面部分中并且延伸到igbt区段(1-21)、二极管区段(1-22)和过渡区段(1-23)中的每个中,其中本体区(102)的至少部分被电连接到第一负载端子(11),并且其中至少在过渡区段(1-23)中本体区(102)对于第一导电类型的台面部分(17)的子区段形成pn结,其中:

○至少在过渡区段(1-23)中,具有与漂移区(100)的平均掺杂剂浓度相比至少为100倍大的峰值掺杂剂浓度的第一导电性的阻挡区(107)至少被布置在台面子部分的部分中,以及

○过渡区段(1-23)中的台面子部分的平均掺杂剂剂量与二极管区段(1-22)中的台面子部分的平均掺杂剂剂量相比至少为1.2倍高。

2.根据权利要求1所述的rcigbt(1),其中,关于有源区(1-2)的体积,igbt区段(1-21)和二极管区段(1-22)之间的比率为至少2:1。

3.根据权利要求1或2所述的rcigbt(1),其中igbt区段(1-21)中的本体区(102)的至少一部分在没有阻挡区(107)的情况下耦合到漂移区(100),以及/或者其中二极管区段(1-22)中的本体区(102)的至少一部分在没有阻挡区(107)的情况下耦合到漂移区(100)。

4.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),其中,igbt区段(1-21)中的台面子部分的平均掺杂剂剂量与过渡区段(1-23)中的台面子部分的平均掺杂剂剂量相比至多为5/6倍。

5.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),其中,至少借助于包括阻挡区(107)的阻挡层的横向结构来实现igbt区段(1-21)中的台面子部分的平均掺杂剂剂量、二极管区段(1-22)中的台面子部分的平均掺杂剂剂量和过渡区段(1-23)中的台面子部分的平均掺杂剂剂量中的至少之一。

6.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),其中,阻挡区(107)的平均掺杂剂剂量达到过渡区段(1-23)中的本体区(102)的平均掺杂剂剂量的至少20%并且不多于过渡区段(1-23)中的本体区(102)的平均掺杂剂剂量的500%。

7.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),进一步在igbt区段(1-21)中包括被电连接到第二负载端子(12)并且被耦合到漂移区(100)的第二导电类型的igbt发射极区(103)。

8.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),进一步在二极管区段(1-22)中包括被电连接到第二负载端子(12)并且被耦合到漂移区(100)的第一导电类型的二极管阴极区(104)。

9.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),其中,延伸到过渡区段(1-23)中的沟槽(15、16)中的每个或者是电浮置的或者被电连接到不同于控制端子(13)的电势的电势。

10.根据前述权利要求1至9之一所述的rcigbt(1),其中,延伸到过渡区段(1-23)中的沟槽(14、15、16)中的至少80%中的每个或者是电浮置的或者被电连接到不同于控制端子(13)的电势的电势,并且其中,延伸到过渡区段(1-23)中的其余的20%的沟槽(14)中的至少一个被电连接到控制端子(13)以用于在过渡区段(1-23)中形成至少一个局部igbt单元。

11.根据权利要求10所述的rcigbt(1),其中,过渡区段(1-23)中的阻挡区(107)被横向地结构化,使得在过渡区段(1-23)中在阻挡区(107)和所述至少一个局部igbt单元之间不形成横向重叠。

12.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),其中,在igbt区段(1-21)、二极管区段(1-22)和过渡区段(1-23)中的每个中的沟槽(14、15、16)被根据相同的横向沟槽间距在横向上布置成彼此相邻。

13.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),其中,横向沟槽间距限定两个相邻的沟槽之间的不多于半导体本体厚度(d)的1/30的横向距离。

14.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),进一步在二极管区段(1-22)中包括第一导电性的进一步的阻挡区(105),进一步的阻挡区(105)具有漂移区(100)的平均掺杂剂浓度的至少100倍那么大的平均掺杂剂浓度并且在横向上沿着二极管区段(1-22)的总的横向延伸的至少10%延伸,其中二极管区段(1-22)中的本体区(102)的至少一部分被至少借助于进一步的阻挡区(105)耦合到漂移区(100)。

15.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),进一步在igbt区段(1-21)中包括第一导电性的又一进一步的阻挡区(106),又一进一步的阻挡区(106)具有漂移区(100)的平均掺杂剂浓度的至少100倍那么大的峰值掺杂剂浓度并且在横向上沿着igbt区段(1-21)的总的横向延伸的至少10%延伸,其中igbt区段(1-23)中的本体区(102)的至少一部分被至少借助于又一进一步的阻挡区(106)耦合到漂移区(100)。

16.根据权利要求14和/或15所述的rcigbt(1),其中,过渡区段(1-23)的阻挡区(107)与进一步的阻挡区(105)和又一进一步的阻挡区(106)中的至少之一形成连续的阻挡层。

17.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),进一步在过渡区段(1-21)中包括掺杂区(109),掺杂区(109)被电连接到第二负载端子(12)并且被耦合到漂移区(100)并且具有与过渡区段(1-21)相同的总的横向延伸。

18.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),其中:

-rcigbt被如在权利要求7和8中限定的那样配置,并且其中:

○掺杂区(109)具有如igbt发射极区(103)那样的第二导电类型;或者

○掺杂区(109)是混合区,该混合区具有被电连接到第二负载端子(12)并且被耦合到漂移区(100)的第一导电类型的许多个子区(1091)以及被电连接到第二负载端子(12)并且被耦合到漂移区(100)的第二导电类型的许多个第二子区(1092);或者

-rcigbt被如在权利要求7中限定的那样配置,并且其中:

○掺杂区(109)具有如igbt发射极区(103)那样的第二导电类型;以及

○rcigbt进一步在二极管区段(1-22)中包括被电连接到第二负载端子(12)并且被耦合到漂移区(100)的第一导电类型的二极管阴极区(104),二极管阴极区(104)被电连接到第二负载端子(12)并且被耦合到漂移区(100)的一个或多个第二导电类型的子区(1041)在横向上中断。

19.根据权利要求7和8所述的rcigbt(1),其中,掺杂区(109)具有如igbt发射极区(103)那样的第二导电类型,并且其中:

-igbt发射极区(103)是在横向上被结构化的区,具有被电连接到第二负载端子(12)并且被耦合到漂移区(100)的许多个第二导电类型的较高掺杂的igbt发射极子区(1031),并且具有被电连接到第二负载端子(12)并且被耦合到漂移区(100)的许多个第二导电类型的较低掺杂的igbt发射极子区(1032);以及/或者

-掺杂区(109)是在横向上被结构化的区,具有被电连接到第二负载端子(12)并且被耦合到漂移区(100)的许多个第二导电类型的较高掺杂的子区(1091),并且具有被电连接到第二负载端子(12)并且被耦合到漂移区(100)的许多个第二导电类型的较低掺杂的子区(1092)。

20.根据前述权利要求之一所述的rcigbt(1),其中,

-二极管区段(1-22)的本体区(102)与igbt区段(1-21)中的本体区(102)相比沿着竖向方向(z)延伸得更远,与igbt区段(1-21)中的本体区(102)沿着竖向方向(z)的最深水平相比至少为150%倍远;以及/或者

-过渡区段(1-23)的阻挡区(107)和二极管区段(1-22)的本体区(102)具有达到阻挡区(107)的总的竖向延伸范围的至少20%的共同的竖向延伸范围。

21.一种形成rcigbt(1)的方法,包括形成以下组件:

-有源区(1-2),其具有igbt区段(1-21)、二极管区段(1-22)以及在igbt区段(1-21)和二极管区段(1-22)之间的过渡区段(1-23),其中igbt区段(1-21)和二极管区段(1-22)从相对的横向方向邻接过渡区段(1-23);

-围绕有源区(1-2)的边缘终止区(1-3);

-半导体本体(10),其具有前侧(110)和背侧(120),半导体本体(10)的厚度被限定为沿着前侧(110)和背侧(120)之间的竖向方向(z)的距离,其中过渡区段(1-23)的总的横向延伸达到半导体本体厚度(d)的至少30%;

-多个沟槽(14、15、16),其被布置在igbt区段(1-21)、二极管区段(1-22)和过渡区段(1-23)中的每个中,每个沟槽(14、15、16)沿着竖向方向(z)从前侧(110)延伸到半导体本体(10)中并且包括被通过沟槽绝缘体(142、152、162)与半导体本体隔离的沟槽电极(141、151、161),其中两个相邻的沟槽限定半导体本体(10)中的相应的台面部分(17);

-在半导体本体前侧(110)处的第一负载端子(11)和在半导体本体背侧(120)处的第二负载端子(12),其中,

○igbt区段(1-21)被配置用于在第一负载端子(11)和第二负载端子(12)之间传导正向负载电流;以及

○二极管区段(1-22)被配置用于在第一负载端子(11)和第二负载端子(12)之间传导反向负载电流;

-控制端子(13),用于控制正向负载电流,其中,在igbt区段(1-21)中,被电连接到控制端子(13)的沟槽电极(141)的平均密度是在过渡区段(1-23)中被连接到控制端子(13)的沟槽电极(141)的平均密度的至少两倍那么大,

-第一导电类型的漂移区(100),其被形成在半导体本体(10)中并且延伸到igbt区段(1-21)、二极管区段(1-22)和过渡区段(1-23)中的每个中;

-第二导电类型的本体区(102),其被形成在半导体本体(10)的台面部分中并且延伸到igbt区段(1-21)、二极管区段(1-22)和过渡区段(1-23)中的每个中,其中本体区(102)的至少部分被电连接到第一负载端子(11),并且其中至少在过渡区段(1-23)中本体区(102)对于第一导电类型的台面部分(17)的子区段形成pn结;

其中,所述方法进一步包括:

-至少在过渡区段(1-23)中形成第一导电性的阻挡区(107),其具有与漂移区(100)的平均掺杂剂浓度相比至少为100倍大的峰值掺杂剂浓度并且至少被布置在台面子部分的部分中,其中过渡区段(1-23)中的台面子部分的平均掺杂剂剂量与二极管区段(1-22)中的台面子部分的平均掺杂剂剂量相比至少为1.2倍高。


技术总结
公开了具有IGBT区段和二极管区段的RC IGBT。提供了一种RC IGBT(1),其在二极管区段(1‑22)和IGBT区段(1‑21)之间的过渡区段(1‑23)中具有n阻挡区(107)。

技术研发人员:J·G·拉文;R·巴布斯克;F·D·普菲尔施;A·菲利波;C·P·桑多
受保护的技术使用者:英飞凌科技股份有限公司
技术研发日:2020.09.17
技术公布日:2021.03.19
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