功率半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及功率電子設(shè)備，以及更具體來說涉及功率半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的模式
圖1中示出發(fā)射極切換晶閘管(EST)的截面圖，其包括具有發(fā)射極側(cè)17和集電極側(cè)12(這些側(cè)上布置了發(fā)射極電極15和集電極電極I)的晶片10。在發(fā)射極側(cè)17上，布置了平面柵電極9，其包括導(dǎo)電柵極層92、導(dǎo)電另一柵極層93和第二絕緣層94，第二絕緣層94將柵極層92和93與晶片10中的第一或第二導(dǎo)電類型的任何層絕緣以及相互絕緣。
[0003]與IGBT中相似，在發(fā)射極側(cè)17上，布置了延伸到柵極層91下面的區(qū)的η+摻雜源區(qū)7以及包圍源區(qū)7的P摻雜基極層4。源區(qū)7和基極層4在發(fā)射極接觸區(qū)域18處接觸發(fā)射極電極
15。該裝置在發(fā)射極側(cè)17上還包括另一 η+摻雜源區(qū)72，其通過第二絕緣層94與發(fā)射極電極15絕緣。另一源區(qū)72從柵極層91下面的區(qū)延伸到另一柵極層93(其完全包圍柵極層91)下面的區(qū)。朝集電極I，布置了低(η_)摻雜漂移層3和P摻雜集電極層2。
[0004]在這個(gè)裝置中，MOS溝道100可經(jīng)由基極層4從源區(qū)7到另一源區(qū)72形成。在該裝置中，采取晶閘管電流通路105的形式的又一溝道在操作期間可經(jīng)由基極層4從另一源區(qū)72到漂移層3形成。又一晶閘管電流通路可通過漂移層3從基極層4到集電極層2形成。
[0005]EST使用級聯(lián)概念，其中低電壓MOSFET與晶閘管結(jié)構(gòu)串聯(lián)集成，使得通過關(guān)斷MOSFET來關(guān)斷晶閘管。由于短接基極層，在與IGCT相比時(shí)，EST提供MOS電壓控制接通切換、更高安全操作區(qū)域和處理故障條件。這種裝置具有取決于其低電壓MOSFET阻斷和更高通態(tài)快回(snapback)效應(yīng)的有限短路能力。
[0006]而且，通態(tài)損耗因低電壓MOSFET溝道100電阻而比現(xiàn)有技術(shù)IGCT要高。基極層4在EST裝置中短接，使得晶閘管結(jié)構(gòu)增強(qiáng)效應(yīng)因空穴排放而降低，并且因此這導(dǎo)致更高通態(tài)損耗。在集電極層2中生成的空穴可在基極層4中直接捕獲，并且因此能夠不促成源區(qū)7中的電子注入。通態(tài)在晶閘管區(qū)域被鎖存之前遭受快回效應(yīng)，因?yàn)閷?dǎo)通最初通過兩個(gè)溝道發(fā)生。
[0007]US 6169299 BI示出具有嵌入p摻雜基極層中的絕緣層的IGBT。源區(qū)通過浮動p主體(body)層與發(fā)射區(qū)分開。MOS溝道在平面柵電極下面通過主體層從源區(qū)到發(fā)射極層來形成。第一晶閘管溝道通過絕緣層和基極層中的開口從發(fā)射極層到漂移層來形成。
[0008]US 5291040 A示出具有通過浮動p主體層(其通過又一η摻雜層側(cè)向端接)所包圍的η源區(qū)的晶閘管。在P主體層內(nèi)布置了絕緣層，其將主體層分開為兩個(gè)區(qū)域。連接到發(fā)射極電極的又一 P摻雜區(qū)形成從P基極層到發(fā)射極電極的關(guān)斷溝道。該裝置需要兩個(gè)不同的柵極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種功率半導(dǎo)體裝置，其避免了在以通態(tài)傳導(dǎo)電流時(shí)通過空穴排放效應(yīng)所引起的空穴的任何損耗。
[0010]這個(gè)目的通過提供一種功率半導(dǎo)體裝置來實(shí)現(xiàn)，該功率半導(dǎo)體裝置至少包括具有第一導(dǎo)電類型以及與第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的層的四層結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括按照下列順序的層:
-集電極電極，
-第二導(dǎo)電類型的集電極層，
-第一導(dǎo)電類型的漂移層，
-第二導(dǎo)電類型的基極層，
-具有開口的第一絕緣層，
-第一導(dǎo)電類型的發(fā)射極層，其中發(fā)射極層接觸到基極層，并且其中發(fā)射極層至少通過第一絕緣層或基極層其中之一與漂移層分開，
-第二導(dǎo)電類型的主體層，其對發(fā)射極層側(cè)向布置，并且該主體層通過第一絕緣層和發(fā)射極層與基極層分開，
-第一導(dǎo)電類型的源區(qū)，其通過主體層與發(fā)射極層分開，
-發(fā)射極電極，其在發(fā)射極接觸區(qū)域處至少由源區(qū)接觸。
[0011 ]該裝置還包括:P摻雜第一層，其接觸到發(fā)射極電極并且與基極層分開；以及η摻雜第二層，其布置在第一層與基極層之間，并且其與發(fā)射極層和源區(qū)分開。
[0012]平面柵電極從發(fā)射極電極側(cè)向布置，該平面柵電極包括導(dǎo)電柵極層和第二絕緣層，其將柵極層與第一或第二導(dǎo)電類型的任何層并且與發(fā)射極電極絕緣。
[0013]MIS溝道可在源區(qū)、主體層和發(fā)射極層之間形成。第一晶閘管電流通路可通過開口在發(fā)射極層、基極層和漂移層之間形成，以及第二晶閘管電流通路可在基極層、漂移層和集電極層之間形成。
[0014]關(guān)斷溝道可在平面柵電極下面從第一層、第二層、基極層到漂移層形成。
[0015]由于第一絕緣層的存在，集電極層中生成的空穴不能流入P主體層中并且從發(fā)射極層的復(fù)合中逃逸，即，避免空穴排放效應(yīng)。所有空穴流入發(fā)射極層，其再次生成高電子注入。因此，傳導(dǎo)損耗在這個(gè)裝置中非常低。有利地，發(fā)射極層使用直到12t3 cm—3的摻雜濃度來高摻雜，使得能夠在發(fā)射極層中有效地破壞空穴，這再次使得有可能實(shí)現(xiàn)高電流放大。
[0016]空穴排放的避免連同電流放大一起允許在發(fā)射極處的高等離子體濃度，使得集電極層可示范地使用在I X 116直到I X 119 cm—3之間的最大摻雜濃度來相當(dāng)?shù)偷膿诫s。因此，等離子體濃度在發(fā)射極側(cè)上更高，這再次允許在硬感應(yīng)切換期間得到很低的關(guān)斷切換損耗。
[0017]該裝置不需要第一導(dǎo)電類型的任何高摻雜增強(qiáng)層，其在現(xiàn)有技術(shù)裝置中布置在漂移層與基極層之間以便降低空穴排放效應(yīng)。但是，由于這類增強(qiáng)層的存在，在阻斷或關(guān)斷期間在具有因宇宙射線引起的尚故障率的可能性的現(xiàn)有技術(shù)裝置中生成尚電場。由于本發(fā)明避免了漂移層與基極層之間的第一導(dǎo)電類型的更高摻雜層的存在，所以發(fā)明裝置具有更低宇宙射線引起的故障率，這允許工作在更高阻斷電壓。
【附圖說明】
[0018]下面的文本中將參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的主題，附圖包括:
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)EST裝置； 圖2示出按照本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中主體層通過源區(qū)與發(fā)射極電極分開；
圖3示出按照本發(fā)明的又一半導(dǎo)體裝置，其中主體層具有到發(fā)射極電極的接觸；
圖4示出按照本發(fā)明的又一半導(dǎo)體裝置，其中源區(qū)延伸到第一絕緣層；
圖5-9示出按照本發(fā)明的其他半導(dǎo)體裝置，其包括集成空穴通路溝道；
圖10示出按照本發(fā)明的又一半導(dǎo)體裝置，其包括集成接通溝道；
圖11示出按照本發(fā)明的又一半導(dǎo)體裝置，其包括獨(dú)立接通溝道；以及圖12示出按照本發(fā)明的又一半導(dǎo)體裝置，其中主體層通過源區(qū)與發(fā)射極電極分開，并且包括主體接觸層。
[0019]在參考標(biāo)號的列表中概括附圖中使用的參考標(biāo)號及其含意。一般來說，對相似或者相似機(jī)能的部件賦予相同參考標(biāo)號。所描述實(shí)施例意在作為示例而不應(yīng)是限制本發(fā)明。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖2所示的至少具有帶第一導(dǎo)電類型以及與第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的層的四層結(jié)構(gòu)的發(fā)明功率半導(dǎo)體裝置包括晶片10，在所述晶片10上，發(fā)射極電極15布置在晶片的發(fā)射極側(cè)17上，以及集電極電極I布置在晶片中與發(fā)射極側(cè)17相對的集電極側(cè)12上。
[0021]晶片包括集電極側(cè)12與發(fā)射極側(cè)17之間的η和P摻雜層。該裝置按照下列順序包括: