具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)的雙極型半導(dǎo)體器件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)的雙極型半導(dǎo)體器件的各個(gè)實(shí)施例。這種器件包括附著在具有第二導(dǎo)電類(lèi)型的陽(yáng)極層上的具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的漂移區(qū)。該器件還包括穿過(guò)具有第二導(dǎo)電類(lèi)型的反型區(qū)延伸到漂移區(qū)中的第一和第二控制溝槽，每個(gè)第一和第二控制溝槽由具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的陰極擴(kuò)散部界邊。另外，該器件包括內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)，其在漂移區(qū)內(nèi)位于第一與第二控制溝槽之間。內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的導(dǎo)電區(qū)以及一個(gè)或多個(gè)具有第二導(dǎo)電類(lèi)型的導(dǎo)電區(qū)，一個(gè)或多個(gè)具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的導(dǎo)電區(qū)與一個(gè)或多個(gè)具有第二導(dǎo)電類(lèi)型的導(dǎo)電區(qū)使得內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)大致電荷平衡。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)的雙極型半導(dǎo)體器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明申請(qǐng)要求2015年3月5日遞交的、名稱(chēng)為“用于高頻應(yīng)用的具有PNN結(jié)構(gòu)的超級(jí)結(jié)IGBT”的臨時(shí)申請(qǐng)N0.62/128，922的優(yōu)先權(quán)。該臨時(shí)申請(qǐng)的全文結(jié)合在本發(fā)明申請(qǐng)中引作參考。
【背景技術(shù)】
[0002]適于用作為諸如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的功率開(kāi)關(guān)的雙極型半導(dǎo)體器件例如可以在多種不同的應(yīng)用中采用。例如，IGBT可以在電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器以及在直流(DC)對(duì)直流電源整流器中用作為功率開(kāi)關(guān)。在這些以及其它功率應(yīng)用中，關(guān)斷損耗(E關(guān))與接通壓降(?)通常是關(guān)鍵的操作參數(shù)，從而在快速切換/開(kāi)關(guān)的過(guò)程中具有低V通以及大致最小的歧的IGBT是特別期望的。
[0003]然而，隨著切換/開(kāi)關(guān)速度增加，包括歧的切換損耗大體上由雙極型功率開(kāi)關(guān)體現(xiàn)了總功率損耗的一大部分。此外，用于在快速切換的過(guò)程中最小化E關(guān)的傳統(tǒng)的技術(shù)能夠?qū)﹄p極型功率開(kāi)關(guān)的接通特性、例如V通產(chǎn)生不期望的后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提出一種雙極型半導(dǎo)體器件，其具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)，大致如至少一個(gè)附圖所示和/或結(jié)合至少一個(gè)附圖所描述那樣，并且如權(quán)利要求書(shū)所提出那樣。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種雙極型半導(dǎo)體器件，其包括:
[0006]具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)附著在陽(yáng)極層上，所述陽(yáng)極層具有與所述第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的第二導(dǎo)電類(lèi)型；
[0007]穿過(guò)具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型的反型區(qū)延伸到所述漂移區(qū)中的第一控制溝槽和第二控制溝槽，所述第一控制溝槽和第二控制溝槽每個(gè)由陰極擴(kuò)散部界邊；
[0008]內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型的第一導(dǎo)電區(qū)以及至少一個(gè)具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型的第二導(dǎo)電區(qū)，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)在所述漂移區(qū)中位于所述第一控制溝槽與所述第二控制溝槽之間；
[0009]所述至少一個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)和所述至少一個(gè)第二導(dǎo)電區(qū)被構(gòu)造成使得所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)大致電荷平衡。
[0010]可選地，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及一個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，所述第二導(dǎo)電區(qū)位于所述兩個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)之間。
[0011]可選地，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括第一數(shù)量的多個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及第二數(shù)量的多個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，所述第一數(shù)量大于所述第二數(shù)量。
[0012]可選地，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括第一數(shù)量的多個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及第二數(shù)量的多個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，其中，每個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)位于兩個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)之間。
[0013]可選地，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)并未位于所述第一控制溝槽或所述第二控制溝槽下方。
[0014]可選地，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)鄰接所述反型區(qū)。
[0015]可選地，所述漂移區(qū)鄰接所述至少一個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)但不鄰接所述至少一個(gè)第二導(dǎo)電區(qū)。
[0016]可選地，所述雙極型半導(dǎo)體器件還包括增強(qiáng)層，所述增強(qiáng)層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述漂移區(qū)與所述反型區(qū)之間，其中，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)鄰接所述增強(qiáng)層。
[0017]可選地，所述雙極型半導(dǎo)體器件還包括緩沖層，所述緩沖層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述陽(yáng)極層與所述漂移區(qū)之間，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)與所述緩沖層由所述漂移區(qū)隔開(kāi)。
[0018]可選地，所述雙極型半導(dǎo)體器件還包括緩沖層，所述緩沖層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述陽(yáng)極層與所述漂移區(qū)之間，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)鄰接所述緩沖層。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，其包括:
[0020]具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)附著在集電極上，所述集電極具有與所述第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的第二導(dǎo)電類(lèi)型；
[0021]穿過(guò)具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型的基極延伸到所述漂移區(qū)中的第一柵極溝槽和第二柵極溝槽，所述第一柵極溝槽和第二柵極溝槽每個(gè)由發(fā)射極擴(kuò)散部界邊；
[0022]內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型的第一導(dǎo)電區(qū)以及至少一個(gè)具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型的第二導(dǎo)電區(qū)，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)位于所述第一柵極溝槽與所述第二柵極溝槽之間；
[0023]所述至少一個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)和所述至少一個(gè)第二導(dǎo)電區(qū)被構(gòu)造成使得所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)大致電荷平衡。
[0024]可選地，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及一個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，所述第二導(dǎo)電區(qū)位于所述兩個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)之間。
[0025]可選地，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括第一數(shù)量的多個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及第二數(shù)量的多個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，所述第一數(shù)量大于所述第二數(shù)量。
[0026]可選地，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括第一數(shù)量的多個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及第二數(shù)量的多個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，其中，每個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)位于兩個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)之間。
[0027]可選地，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)并未位于所述第一柵極溝槽或所述第二柵極溝槽下方。
[0028]可選地，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)鄰接所述基極。
[0029]可選地，所述漂移區(qū)鄰接所述至少一個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)，但不鄰接所述至少一個(gè)第二導(dǎo)電區(qū)。
[0030]可選地，所述絕緣柵雙極型晶體管還包括增強(qiáng)層，所述增強(qiáng)層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述漂移區(qū)與所述基極之間，其中，所述內(nèi)溝槽機(jī)構(gòu)鄰接所述增強(qiáng)層。
[0031 ]可選地，所述絕緣柵雙極型晶體管還包括緩沖層，所述緩沖層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述集電極與所述漂移區(qū)之間，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)與所述緩沖層由所述漂移區(qū)隔開(kāi)。
[0032]可選地，所述絕緣柵雙極型晶體管還包括緩沖層，所述緩沖層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述集電極與所述漂移區(qū)之間，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)鄰接所述緩沖層。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是剖視圖，示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)的示意性雙極型半導(dǎo)體器件的一部分；
[0034]圖2是剖視圖，示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)的示意性雙極型半導(dǎo)體器件的一部分；
[0035]圖3是剖視圖，示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)的示意性雙極型半導(dǎo)體器件的一部分；
[0036]圖4是剖視圖，示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)的示意性雙極型半導(dǎo)體器件的一部分。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下的說(shuō)明包含與本說(shuō)明書(shū)中的實(shí)施方式有關(guān)的具體信息。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，本說(shuō)明書(shū)能夠以與在此具體公開(kāi)不同的方式被實(shí)施。本申請(qǐng)文件及其詳細(xì)說(shuō)明的附圖指的僅僅是示意性的實(shí)施方式。如果沒(méi)有另外說(shuō)明的話(huà)，圖中的相同或相應(yīng)的元素可以由相同或相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示。此外，本申請(qǐng)中的附圖以及說(shuō)明大體上是非成比例的，并不將與真實(shí)相對(duì)尺寸對(duì)應(yīng)。
[0038]圖1是剖視圖，示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示意性雙極型半導(dǎo)體器件100的一部分，該雙極型半導(dǎo)體器件具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)。如圖1所示，雙極型半導(dǎo)體器件100被實(shí)施為垂直功率器件，其包含位于半導(dǎo)體基片102的底表面104上的P型陽(yáng)極層110、以及附于P型陽(yáng)極層110上的N型漂移區(qū)114。另外，P型反型區(qū)(invers1n reg1n)116附著在N型漂移區(qū)114上。進(jìn)一步如圖1所示，雙極型半導(dǎo)體器件100包括N型緩沖或場(chǎng)截止層112(此后“緩沖層112”)、以及在P型反型區(qū)116中形成的N型陰極擴(kuò)散部128和P型接觸部118。
[0039]雙極型半導(dǎo)體器件100還包括第一控制溝槽120a以及第二控制溝槽120b，每個(gè)控制溝槽自半導(dǎo)體基片102的頂表面106穿過(guò)P型反型區(qū)116延伸到N型漂移區(qū)114中。進(jìn)一步如圖1所示，第一控制溝槽120a和第二控制溝槽120b每個(gè)由N型陰極擴(kuò)散部128界邊，并包括控制溝槽絕緣子122以及控制溝槽電極124。另外，雙極型半導(dǎo)體器件100包括內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)在N型漂移區(qū)114中位于第一控制溝槽120a與第二控制溝槽120b之間并延伸到半導(dǎo)體基片102的頂表面106下方一深度138處。如圖1所示，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130包括一個(gè)或多個(gè)N型區(qū)134以及一個(gè)或多個(gè)P型區(qū)136。一個(gè)或多個(gè)N型區(qū)134以及一個(gè)或多個(gè)P型區(qū)136被構(gòu)造成使得內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130大致電荷平衡。
[0040]注意的是，在操作中，雙極型半導(dǎo)體器件100被構(gòu)造成穿過(guò)P型反型區(qū)116在N型陰極擴(kuò)散部128下方以及緊鄰第一控制溝槽120a和第二控制溝槽120b的區(qū)域中產(chǎn)生導(dǎo)電通道。因而，在雙極型半導(dǎo)體器件100被接通/通電時(shí)，導(dǎo)電通道(圖1中未示出)作為穿過(guò)P型反型區(qū)116的N型導(dǎo)電通道被產(chǎn)生，從而使得電荷載體在N型陰極擴(kuò)散部128與P型陽(yáng)極層110之間轉(zhuǎn)移。
[0041]另外注意的是，盡管如圖1所示的實(shí)施例示出了雙極型半導(dǎo)體器件100具有P型陽(yáng)極層110、N型緩沖層112、N型漂移區(qū)114、P型反型區(qū)116、N型陰極擴(kuò)散部128、并被構(gòu)造成產(chǎn)生N型導(dǎo)電通道，但是該視圖僅僅是示意性的。在其它的實(shí)施例中，所述的極性可以被顛倒。也就是說(shuō)，雙極型半導(dǎo)體器件100可以具有與P型陽(yáng)極層110對(duì)應(yīng)的N型層、P型緩沖層、P型漂移區(qū)、N型反型區(qū)、與N型陰極擴(kuò)散部128對(duì)應(yīng)的P型擴(kuò)散部，并且可以被構(gòu)造成鄰近第一控制溝槽120a和第二控制溝槽120b產(chǎn)生P型導(dǎo)電通道。
[0042]根據(jù)一個(gè)示意性實(shí)施例，雙極型半導(dǎo)體器件100可以采取絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的形式。在該實(shí)施例中，P型陽(yáng)極層110對(duì)應(yīng)于IGBT的P型集電層，P型反型區(qū)116對(duì)應(yīng)于IGBT的P型基極，并且N型陰極擴(kuò)散部128對(duì)應(yīng)于IGBT的N型發(fā)射極擴(kuò)散部。而且，在雙極型半導(dǎo)體器件100被實(shí)施為IGBT時(shí)，第一控制溝槽120a和第二控制溝槽120b分別對(duì)應(yīng)于柵極溝槽，每個(gè)包括柵介電體以及柵電極，它們分別對(duì)應(yīng)于控制溝槽絕緣子122以及控制溝槽電極 124。
[0043]例如，半導(dǎo)體基片102可以是硅(Si)基片或者碳化硅(SiC)基片。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體基片102可以包括在半導(dǎo)體基片102的外延硅層中形成的N型漂移區(qū)144以及P型反型區(qū)116。例如，這種外延硅層的形成可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的任何合適的方法如化學(xué)蒸鍍(CVD)或分子束外延(MBE)來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，更常見(jiàn)地，N型漂移區(qū)114和P型反型區(qū)116可以在包含在半導(dǎo)體基片102中的任何合適的單或復(fù)合半導(dǎo)體層中形成。
[0044]因而，在其它實(shí)施例中，N型漂移區(qū)114和P型反型區(qū)116無(wú)需通過(guò)外延生長(zhǎng)被形成、和/或無(wú)需由硅形成。例如，在一個(gè)替代性的實(shí)施例中，N型漂移區(qū)114和P型反型區(qū)116可以在半導(dǎo)體基片102的浮區(qū)娃層(float zone silicon layer)中形成。在其它實(shí)施例中，N型漂移區(qū)114和P型反型區(qū)116可以在被形成為半導(dǎo)體基片102的一部分的應(yīng)變或非應(yīng)變鍺層。此外，在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體基片102可以包括附加的層，例如位于P型陽(yáng)極層110與N型漂移層114之間的N型緩沖層112，如圖1所示。
[0045]P型反型區(qū)116可以通過(guò)植入以及熱學(xué)擴(kuò)散被形成。例如，硼(B)摻雜物可以被植入到半導(dǎo)體基片102中并被擴(kuò)散以形成P型反型區(qū)116。此外，P型反型區(qū)116的P型接觸部118可以是采用用于形成P型反型區(qū)116的同一摻雜物種類(lèi)的P型反型區(qū)116的更高摻雜的區(qū)域。
[0046]控制溝槽絕緣子122可以利用本領(lǐng)域中通常采用的任何材料以及任何技術(shù)而被形成。例如，控制溝槽絕緣子12 2可以由氧化硅形成，并且可以被沉積或熱學(xué)生長(zhǎng)以襯墊(line)第一控制溝槽120a和第二控制溝槽120b?？刂茰喜垭姌O124也可以利用本領(lǐng)域中通常所用的任何材料被形成。例如，控制溝槽電極124可以由摻雜的多晶硅或金屬形成。盡管在圖1中沒(méi)有詳細(xì)地示出，但是控制溝槽電極124可以在相對(duì)于圖1所示的剖視圖的第三維中彼此電連接。
[0047]如圖1所示，第一控制溝槽120a和第二控制溝槽120b中的每個(gè)由N型陰極擴(kuò)散部128界邊。N型陰極擴(kuò)散部128可以利用本領(lǐng)域中已知的任何傳統(tǒng)的技術(shù)在P型反型區(qū)116中被選擇性地形成。例如，磷(P)或砷(As)摻雜物可以被植入到P型反型區(qū)116中并擴(kuò)散以形成N型陰極擴(kuò)散部128。就像針對(duì)控制溝槽電極124的情況那樣，并且盡管在圖1中沒(méi)有詳細(xì)示出，N型陰極擴(kuò)散部128可以在相對(duì)于圖1所示的剖視圖的第三維中彼此電連接。
[0048]如上所述，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130包括至少一個(gè)N型區(qū)134以及至少一個(gè)P型區(qū)136。此外，并且如圖1所示，在一些實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130可以包括多個(gè)N型區(qū)134以及多個(gè)P型區(qū)136。然而，無(wú)論在哪個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130都不會(huì)包括數(shù)量比N型區(qū)134更多的P型區(qū)136。換句話(huà)說(shuō)，盡管N型區(qū)134的數(shù)量可以等于或大于P型區(qū)136的數(shù)量，但是N型區(qū)134的數(shù)量絕不能小于P型區(qū)136的數(shù)量。
[0049]例如，在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130可以包括由一個(gè)P型區(qū)136鄰接的一個(gè)N型區(qū)134。在另一個(gè)示意性實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130可以包括兩個(gè)N型區(qū)134以及位于這兩個(gè)N型區(qū)134之間且與它們鄰接的一個(gè)P型區(qū)136。在另一個(gè)示意性實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130可以包括多個(gè)N型區(qū)134以及多個(gè)P型區(qū)136，其中，每個(gè)P型區(qū)136位于兩個(gè)N型區(qū)134之間。
[0050]內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130的N型區(qū)134和P型區(qū)136可以具有這樣的摻雜濃度，該摻雜濃度大于N型漂移區(qū)114的摻雜濃度且小于N型陰極擴(kuò)散部128的摻雜濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，N型區(qū)134和P型區(qū)136可以具有與N型緩沖層112大致相同的摻雜濃度。例如，N型區(qū)134和P型區(qū)136可以具有從大約I X 11Vcm3至大約I X 11Vcm3的摻雜濃度，而N型漂移區(qū)14的摻雜濃度大體上是從大約I X 11Vcm3至大約2 X 1014/cm3。
[0051 ]注意到的是，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130并不位于第一控制溝槽120a或第二控制溝槽120b下方。也就是說(shuō)，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130位于第一控制溝槽120a與第二控制溝槽120b之間，但并非在第一控制溝槽120a或第二控制溝槽120b中的任一個(gè)下方延伸。此外，根據(jù)如圖1所示的示意性實(shí)施例，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130鄰接P型反型區(qū)116并在N型漂移區(qū)114中終止于深度138處，其是在N型緩沖層112上方。換句話(huà)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130鄰接P型反型區(qū)116，同時(shí)與N型緩沖層112由N型漂移區(qū)114隔開(kāi)。
[0052]如上所述，N型區(qū)134和P型區(qū)136被構(gòu)造成使得內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130大致電荷平衡。在N型區(qū)134的表面摻雜密度(其等于N型區(qū)134的摻雜密度乘以N型區(qū)134的面積(即寬度X深度))大致等于P型區(qū)136的表面摻雜密度(其類(lèi)似地被計(jì)算)時(shí)，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130的這種大致電荷平衡得以實(shí)現(xiàn)。在關(guān)斷雙極型半導(dǎo)體器件100的過(guò)程中，由于N型區(qū)134和P型區(qū)136的二維快速耗盡，耗盡區(qū)從N型漂移區(qū)114的頂部至N型緩沖層112快速地形成，這也實(shí)現(xiàn)了深電荷載體的快速提取。
[0053]因此，雙極型半導(dǎo)體器件100的延遲時(shí)間與關(guān)斷時(shí)間可以被減小，而關(guān)狀態(tài)中的壓阻由于內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130的出現(xiàn)而得以促進(jìn)。在關(guān)斷的過(guò)程中，電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130有助于電荷載體從被導(dǎo)電調(diào)制的N型漂移區(qū)114排出，因而顯著增加了雙極型半導(dǎo)體器件100的切換速度以及關(guān)斷性能。換句話(huà)說(shuō)，電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130使得雙極型半導(dǎo)體器件100與諸如傳統(tǒng)的IGBT的傳統(tǒng)雙極型半導(dǎo)體器件相比具有較低的關(guān)斷損耗(?)、較短的延遲時(shí)間(Td)、以及較短的關(guān)斷時(shí)間(Tf)。此外，上述優(yōu)點(diǎn)可以在將雙極型半導(dǎo)體器件100的接通壓降(Va)維持在期望低級(jí)別的前提下實(shí)現(xiàn)。
[0054]轉(zhuǎn)到圖2，圖2是剖視圖，示出了根據(jù)另一實(shí)施例的具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)的示意性雙極型半導(dǎo)體器件200的一部分。如圖2所示，雙極型半導(dǎo)體器件200被實(shí)施為垂直功率器件，其包括位于半導(dǎo)體基片202的底表面204上的P型陽(yáng)極層210、以及附著在P型陽(yáng)極層210上的N型漂移區(qū)214。另外，P型反型區(qū)216附著在N型漂移區(qū)214上。進(jìn)一步如圖2所示，雙極型半導(dǎo)體器件200包括N型緩沖層212、以及在P型反型區(qū)216中形成的N型陰極擴(kuò)散部228以及P型接觸部218。
[0055]雙極型半導(dǎo)體器件200還包括第一控制溝槽220以及第二控制溝槽220b，它們每個(gè)從半導(dǎo)體基片202的頂表面206穿過(guò)P型反型區(qū)216延伸到N型漂移區(qū)214中。進(jìn)一步如圖2所示，每個(gè)第一控制溝槽220和第二控制溝槽220b由N型陰極擴(kuò)散部228界邊，并且包括控制溝槽絕緣子222以及控制溝槽電極224。另外，雙極型半導(dǎo)體器件200包括在N型漂移區(qū)214中位于第一控制溝槽220a與第二控制溝槽220b之間的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230。如圖1所示，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230包括一個(gè)或多個(gè)N型區(qū)234以及一個(gè)或多個(gè)P型區(qū)236。一個(gè)或多個(gè)N型區(qū)234與一個(gè)或多個(gè)P型區(qū)236被構(gòu)造成使得內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230大致電荷平衡。
[0056]雙極型半導(dǎo)體器件200基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的雙極型半導(dǎo)體器件100。也就是說(shuō)，圖2中的半導(dǎo)體基片202、P型陽(yáng)極層210、N型緩沖層212、以及N型漂移區(qū)214分別基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的半導(dǎo)體基片102、P型陽(yáng)極層110、N型緩沖層112、以及N型漂移區(qū)114，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。
[0057]另外，圖2中的P型反型區(qū)216、P型接觸部218、以及N型陰極擴(kuò)散部228分別基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的P型反型區(qū)116、P型接觸部118、以及N型陰極擴(kuò)散部128，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。此外，圖2中的分別包括控制溝槽絕緣子222和控制溝槽電極224的第一控制溝槽220a和第二控制溝槽220b分別基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的分別包括控制溝槽絕緣子122和控制溝槽電極124的第一控制溝槽120a和第二控制溝槽120b，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。此外，注意到的是，像圖1中的雙極型半導(dǎo)體器件100那樣，圖2中的雙極型半導(dǎo)體器件200可以采取IGBT的形式。
[0058]如圖2所示，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230包括至少一個(gè)N型區(qū)234以及至少一個(gè)P型區(qū)236。此外，并且如圖1所示，在一些實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230可以包括多個(gè)N型區(qū)234以及多個(gè)P型區(qū)236。然而，無(wú)論在哪個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230都不會(huì)包括數(shù)量比N型區(qū)234更多的P型區(qū)236。換句話(huà)說(shuō)，盡管N型區(qū)234的數(shù)量可以等于或大于P型區(qū)236的數(shù)量，但是N型區(qū)234的數(shù)量絕不能小于P型區(qū)236的數(shù)量。
[0059]例如，在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230可以包括由一個(gè)P型區(qū)236鄰接的一個(gè)N型區(qū)234。在另一個(gè)示意性實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230可以包括兩個(gè)N型區(qū)234以及位于這兩個(gè)N型區(qū)234之間且與它們鄰接的一個(gè)P型區(qū)236。在另一個(gè)示意性實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230可以包括多個(gè)N型區(qū)234以及多個(gè)P型區(qū)236，其中，每個(gè)P型區(qū)236位于兩個(gè)N型區(qū)234之間。
[0060]N型區(qū)234和P型區(qū)236基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的N型區(qū)134和P型區(qū)136，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。注意的是，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230并不位于第一控制溝槽220a下方或者并不位于第二控制溝槽220b下方。也就是說(shuō)，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230位于第一控制溝槽220a與第二控制溝槽220b之間，但是并未在第一控制溝槽220a或第二控制溝槽220b任一個(gè)的下方延伸。
[0061]此外，根據(jù)如圖2所示的示意性實(shí)施例，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230穿過(guò)N型漂移區(qū)214延伸，以鄰接N型緩沖層212。換句話(huà)，在一些實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230在同時(shí)鄰接N型緩沖層212的情況下鄰接P型反型區(qū)216。因此，在內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230都鄰接P型反型區(qū)216以及N型緩沖層212且包括比P型區(qū)236更多的N型區(qū)234的實(shí)施例中，N型區(qū)234由N型漂移區(qū)214鄰接。因而，在內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230都鄰接P型反型區(qū)216以及N型緩沖層212且包括比P型區(qū)236更多的N型區(qū)234的一些實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230沒(méi)有一部分與N型漂移區(qū)214形成PN結(jié)。
[0062]如上所述，N型區(qū)234以及P型區(qū)236被構(gòu)造成使得內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230大致電荷平衡。在雙極型半導(dǎo)體器件200的關(guān)斷過(guò)程中，由于N型區(qū)234和P型區(qū)236的二維快速耗盡，耗盡區(qū)從N型漂移區(qū)214的頂部至N型緩沖層212快速地延伸，這也實(shí)現(xiàn)了深電荷載體的快速提取。
[0063]因此，雙極型半導(dǎo)體器件200的延遲時(shí)間與關(guān)斷時(shí)間可以被減小，而關(guān)狀態(tài)中的壓阻由于內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230的出現(xiàn)而得以促進(jìn)。在關(guān)斷的過(guò)程中，電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230有助于電荷載體從被導(dǎo)電調(diào)制的N型漂移區(qū)214排出，因而顯著增加了雙極型半導(dǎo)體器件200的切換速度以及關(guān)斷性能。換句話(huà)說(shuō)，電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)230使得雙極型半導(dǎo)體器件200與諸如傳統(tǒng)的IGBT的傳統(tǒng)雙極型半導(dǎo)體器件相比具有較低的關(guān)斷損耗歧、較短的Td、以及較短的Tf。此外，上述優(yōu)點(diǎn)可以在將雙極型半導(dǎo)體器件200的V通維持在期望低級(jí)別的前提下實(shí)現(xiàn)。
[0064]轉(zhuǎn)到圖3，圖3是剖視圖，示出了根據(jù)另一實(shí)施例的具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)的示意性雙極型半導(dǎo)體器件300的一部分。如圖3所示，雙極型半導(dǎo)體器件300被實(shí)施為垂直功率器件，其包括位于半導(dǎo)體基片302的底表面304上的P型陽(yáng)極層310、以及附著在P型陽(yáng)極層310上的N型漂移區(qū)314。另外，P型反型區(qū)316附著在N型漂移區(qū)314上。進(jìn)一步如圖3所示，雙極型半導(dǎo)體器件300包括N型緩沖層312、以及在P型反型區(qū)316中形成的N型陰極擴(kuò)散部328和P型接觸部318。此外，雙極型半導(dǎo)體器件300還包括位于N型漂移區(qū)314與P型反型區(qū)316之間的N型增強(qiáng)層340。
[0065]雙極型半導(dǎo)體器件300還包括第一控制溝槽320a以及第二控制溝槽320b，它們每個(gè)從半導(dǎo)體基片302的頂表面306、穿過(guò)P型反型區(qū)316、穿過(guò)N型增強(qiáng)層340延伸到N型漂移區(qū)314中。進(jìn)一步如圖3所示，第一控制溝槽320a和第二控制溝槽320b中的每個(gè)由N型陰極擴(kuò)散部328界邊，并包括控制溝槽絕緣子322以及控制溝槽電極324。另外，雙極型半導(dǎo)體器件300包括內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330，其在N型漂移區(qū)314內(nèi)位于第一控制溝槽320a與第二控制溝槽320b之間并延伸至半導(dǎo)體基片302的頂表面306下方一深度338處。如圖1所示，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330包括一個(gè)或多個(gè)N型區(qū)334以及一個(gè)或多個(gè)P型區(qū)336。一個(gè)或多個(gè)N型區(qū)334與一個(gè)或多個(gè)P型區(qū)336使得內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330大致電荷平衡。
[0066]雙極型半導(dǎo)體器件300基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的雙極型半導(dǎo)體器件100。也就是說(shuō)，圖3中的半導(dǎo)體基片302、P型陽(yáng)極層310、N型緩沖層312、以及N型漂移區(qū)314分別基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的半導(dǎo)體基片102、P型陽(yáng)極層110、N型緩沖層112、以及N型漂移區(qū)114，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。
[0067]另外，圖3中的P型反型區(qū)316、P型接觸部318、以及N型陰極擴(kuò)散部328分別基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的P型反型區(qū)116、P型接觸部118、以及N型陰極擴(kuò)散部128，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。此外，圖3中的各自包括控制溝槽絕緣子322和控制溝槽電極324的第一控制溝槽320a和第二控制溝槽320b分別基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的各自包括控制溝槽絕緣子122和控制溝槽電極124的第一控制溝槽120a和第二控制溝槽120b，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。此外，注意的是，像圖1中的雙極型半導(dǎo)體器件100那樣，圖3中的雙極型半導(dǎo)體器件300可以采取IGBT的形式。
[0068]如圖3所示，N型增強(qiáng)層340位于N型漂移區(qū)314與P型反型區(qū)316之間。例如，磷或砷摻雜物可以被植入到N型漂移區(qū)314中以產(chǎn)生N型增強(qiáng)層340，所述N型增強(qiáng)層具有的摻雜濃度從大約I X 1015/cm3至大約I X 11Vcm3。
[0069]根據(jù)如圖3所示的實(shí)施例，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330包括至少一個(gè)N型區(qū)334以及至少一個(gè)P型區(qū)336。此外，并且如圖1所示，在一些實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330可以包括多個(gè)N型區(qū)334以及多個(gè)P型區(qū)336。然而，無(wú)論在哪個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330都不會(huì)包括數(shù)量比N型區(qū)334更多的P型區(qū)336。換句話(huà)說(shuō)，盡管N型區(qū)334的數(shù)量可以等于或大于P型區(qū)336的數(shù)量，但是N型區(qū)334的數(shù)量絕不能小于P型區(qū)336的數(shù)量。
[0070]例如，在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330可以包括由一個(gè)P型區(qū)336鄰接的一個(gè)N型區(qū)334。在另一個(gè)示意性實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330可以包括兩個(gè)N型區(qū)334以及位于這兩個(gè)N型區(qū)334之間且與它們鄰接的一個(gè)P型區(qū)336。在另一個(gè)示意性實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330可以包括多個(gè)N型區(qū)334以及多個(gè)P型區(qū)336，其中，每個(gè)P型區(qū)336位于兩個(gè)N型區(qū)334之間。
[0071]內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330的N型區(qū)334、P型區(qū)336、以及深度338基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130的N型區(qū)134、P型區(qū)136、以及深度138，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。注意的是，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330并未位于第一控制溝槽320a或第二控制溝槽320b下方。也就是說(shuō)，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330位于第一控制溝槽320a與第二控制溝槽320b之間，但并不在第一控制溝槽320a或第二控制溝槽320b任一下方延伸。此外，根據(jù)如圖3所示的示意性實(shí)施例，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330鄰接N型增強(qiáng)層340并在N型漂移區(qū)314中終止于深度338處，這是在N型緩沖層312上方。換句話(huà)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330鄰接N型增強(qiáng)層340而同時(shí)與N型緩沖層312通過(guò)N型漂移區(qū)314隔開(kāi)。
[0072]如上所述，N型區(qū)334和P型區(qū)336被構(gòu)造成使得內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330大致電荷平衡。在雙極型半導(dǎo)體器件300的關(guān)斷過(guò)程中，由于N型區(qū)334和P型區(qū)336的二維快速耗盡，耗盡區(qū)從N型漂移區(qū)314的頂部至N型緩沖層312快速地延伸，這也實(shí)現(xiàn)了深電荷載體的快速提取。
[0073]因此，雙極型半導(dǎo)體器件300的延遲時(shí)間與關(guān)斷時(shí)間能夠被減小，而關(guān)狀態(tài)中的壓阻由于內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330的出現(xiàn)而得以促進(jìn)。在關(guān)斷的過(guò)程中，電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330有助于電荷載體從被導(dǎo)電調(diào)制的N型漂移區(qū)314排出，因而顯著增加了雙極型半導(dǎo)體器件300的切換速度以及關(guān)斷性能。換句話(huà)說(shuō)，電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)330使得雙極型半導(dǎo)體器件300與諸如傳統(tǒng)的IGBT的傳統(tǒng)雙極型半導(dǎo)體器件相比具有較低的關(guān)斷損耗歧、較短的Td、以及較短的Tf。此外，上述優(yōu)點(diǎn)可以在將雙極型半導(dǎo)體器件300的V通維持在期望低級(jí)別的前提下實(shí)現(xiàn)。
[0074]現(xiàn)在參看圖4，圖4是剖視圖，示出了根據(jù)另一實(shí)施例的具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)的示意性雙極型半導(dǎo)體器件400的一部分。如圖4所示，雙極型半導(dǎo)體器件400被實(shí)施為垂直功率器件，其包括位于半導(dǎo)體基片402的底表面404上的P型陽(yáng)極層410、以及附著在P型陽(yáng)極層410上的N型漂移區(qū)414。另外，P型反型區(qū)416附著在N型漂移區(qū)414上。進(jìn)一步如圖4所示，雙極型半導(dǎo)體器件400包括N型緩沖層412、以及在P型反型區(qū)416中形成的N型陰極擴(kuò)散部428和P型接觸部418。此外，雙極型半導(dǎo)體器件400還包括N型增強(qiáng)層440，其位于N型漂移區(qū)414與P型反型區(qū)416之間。
[0075]雙極型半導(dǎo)體器件400還包括第一控制溝槽420a和第二控制溝槽420b，它們每個(gè)自半導(dǎo)體基片402的頂表面406、穿過(guò)P型反型區(qū)416、穿過(guò)N型增強(qiáng)層440延伸到N型漂移區(qū)414中。進(jìn)一步如圖4所示，第一控制溝槽420a和第二控制溝槽420b中的每個(gè)由N型陰極擴(kuò)散部428界邊，并且包括控制溝槽絕緣子422以及控制溝槽電極424。另外，雙極型半導(dǎo)體器件400包括內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430，其在N型漂移區(qū)414中位于第一控制溝槽420a與第二控制溝槽420b之間。如圖4所示，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430包括一個(gè)或多個(gè)N型區(qū)434以及一個(gè)或多個(gè)P型區(qū)436。一個(gè)或多個(gè)N型區(qū)434與一個(gè)或多個(gè)P型區(qū)436使得內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430大致電荷平衡。
[0076]雙極型半導(dǎo)體器件400基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的雙極型半導(dǎo)體器件100。也就是說(shuō)，圖4中的半導(dǎo)體基片402、P型陽(yáng)極層410、N型緩沖層412、以及N型漂移區(qū)414分別基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的半導(dǎo)體基片102、P型陽(yáng)極層110、N型緩沖層112、以及N型漂移區(qū)114，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。
[0077]另外，圖4中的P型反型區(qū)416、P型接觸部418、以及N型陰極擴(kuò)散部428分別基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的P型反型區(qū)116、p型接觸部118、以及N型陰極擴(kuò)散部128，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。此外，圖4中的各自包括控制溝槽絕緣子422和控制溝槽電極424的第一控制溝槽420a和第二控制溝槽420b分別基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的各自包括控制溝槽絕緣子122和控制溝槽電極124的第一控制溝槽120a和第二控制溝槽120b，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。
[0078]此外，圖4中的N型增強(qiáng)層440基本上對(duì)應(yīng)于圖3中的N型增強(qiáng)層340，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。因而，像分別在圖1和3中的雙極型半導(dǎo)體器件100和300那樣，圖4中的雙極型半導(dǎo)體器件400可以采取IGBT的形式。
[0079]根據(jù)如圖4所示的實(shí)施例，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430包括至少一個(gè)N型區(qū)434以及至少一個(gè)P型區(qū)436。此外，并且如圖1所示，在一些實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)434可以包括多個(gè)N型區(qū)434以及多個(gè)P型區(qū)436。然而，無(wú)論在哪個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430都不會(huì)包括數(shù)量比N型區(qū)434更多的P型區(qū)436。換句話(huà)說(shuō)，盡管N型區(qū)434的數(shù)量可以等于或大于P型區(qū)436的數(shù)量，但是N型區(qū)434的數(shù)量絕不能小于P型區(qū)436的數(shù)量。
[0080]例如，在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430可以包括由一個(gè)P型區(qū)436鄰接的一個(gè)N型區(qū)434。在另一個(gè)示意性實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430可以包括兩個(gè)N型區(qū)434以及位于這兩個(gè)N型區(qū)434之間且與它們鄰接的一個(gè)P型區(qū)436。在另一個(gè)示意性實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430可以包括多個(gè)N型區(qū)434以及多個(gè)P型區(qū)436，其中，每個(gè)P型區(qū)436位于兩個(gè)N型區(qū)434之間。
[0081 ] N型區(qū)434和P型區(qū)436基本上對(duì)應(yīng)于圖1中的N型區(qū)134和P型區(qū)136，并且可以共享有助于上述那些對(duì)應(yīng)特征的任何特性。注意的是，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430并未位于第一控制溝槽420a下方或第二控制溝槽420b下方。也就是說(shuō)，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430位于第一控制溝槽420a與第二控制溝槽420b之間，但并不在第一控制溝槽420a或第二控制溝槽420b任一個(gè)下方延伸。
[0082]此外，根據(jù)如圖4所示的示意性實(shí)施例，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430穿過(guò)N型漂移區(qū)414延伸以鄰接N型緩沖層412。換句話(huà)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430鄰接N型增強(qiáng)層440而同時(shí)鄰接N型緩沖層412。因此，在內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430都鄰接N型增強(qiáng)層440以及N型緩沖層412且包括比P型區(qū)436更多數(shù)量的N型區(qū)434的實(shí)施例中，N型區(qū)434由N型漂移區(qū)414鄰接。因而，在內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430都鄰接N型增強(qiáng)層440以及N型緩沖層412且包括比P型區(qū)436更多數(shù)量的N型區(qū)434的一些實(shí)施例中，內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430沒(méi)有一部分與N型漂移區(qū)414形成PN結(jié)。
[0083]N型區(qū)434以及P型區(qū)436被構(gòu)造成使得內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430大致電荷平衡，參照內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)130如上所述那樣。因此，在雙極型半導(dǎo)體器件400的關(guān)斷過(guò)程中，由于N型區(qū)434和P型區(qū)436的二維快速耗盡，耗盡區(qū)從N型漂移區(qū)414的頂部至N型緩沖層412快速地延伸，這也實(shí)現(xiàn)了深電荷載體的快速提取。
[0084]因此，雙極型半導(dǎo)體器件400的延遲時(shí)間與關(guān)斷時(shí)間可以被減小，而關(guān)狀態(tài)中的壓阻由于內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430的出現(xiàn)而得以促進(jìn)。在關(guān)斷的過(guò)程中，電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)430有助于電荷載體從被導(dǎo)電調(diào)制的N型漂移區(qū)414排出，因而顯著增加了雙極型半導(dǎo)體器件400的切換速度以及關(guān)斷性能。
[0085]因此，本申請(qǐng)公開(kāi)了具有電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)的雙極型半導(dǎo)體器件的實(shí)施例。正如本申請(qǐng)所公開(kāi)的那樣，將這種電荷平衡的內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)結(jié)合到雙極型半導(dǎo)體器件中使得雙極型半導(dǎo)體器件與諸如IGBT的傳統(tǒng)器件相比具有較低的E關(guān)、較短的Td以及較短的Ti。此夕卜，這些優(yōu)點(diǎn)可以在維持雙極型半導(dǎo)體器件的V通處于期望低的級(jí)別時(shí)實(shí)現(xiàn)。
[0086]由上述說(shuō)明表明，在不脫離本發(fā)明的內(nèi)容的前提下，各自不同的技術(shù)可以用于實(shí)施本發(fā)明。此外，盡管說(shuō)明書(shū)已經(jīng)參照特定的實(shí)施例被描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚在不脫離這些描述的前提下可以在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行改變。這樣，描述的實(shí)施例應(yīng)當(dāng)認(rèn)為都是示意性且非限制性的。還應(yīng)當(dāng)理解的是，本申請(qǐng)并不限于在此所述的具體實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的范圍前提下，多種改型、調(diào)整以及替代是可行的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙極型半導(dǎo)體器件，其包括: 具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)附著在陽(yáng)極層上，所述陽(yáng)極層具有與所述第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的第二導(dǎo)電類(lèi)型； 穿過(guò)具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型的反型區(qū)延伸到所述漂移區(qū)中的第一控制溝槽和第二控制溝槽，所述第一控制溝槽和第二控制溝槽每個(gè)由陰極擴(kuò)散部界邊； 內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型的第一導(dǎo)電區(qū)以及至少一個(gè)具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型的第二導(dǎo)電區(qū)，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)在所述漂移區(qū)中位于所述第一控制溝槽與所述第二控制溝槽之間； 所述至少一個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)和所述至少一個(gè)第二導(dǎo)電區(qū)被構(gòu)造成使得所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)大致電荷平衡。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及一個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，所述第二導(dǎo)電區(qū)位于所述兩個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括第一數(shù)量的多個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及第二數(shù)量的多個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，所述第一數(shù)量大于所述第二數(shù)量。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括第一數(shù)量的多個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及第二數(shù)量的多個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，其中，每個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)位于兩個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)并未位于所述第一控制溝槽或所述第二控制溝槽下方。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)鄰接所述反型區(qū)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述漂移區(qū)鄰接所述至少一個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)但不鄰接所述至少一個(gè)第二導(dǎo)電區(qū)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述雙極型半導(dǎo)體器件還包括增強(qiáng)層，所述增強(qiáng)層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述漂移區(qū)與所述反型區(qū)之間，其中，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)鄰接所述增強(qiáng)層。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述雙極型半導(dǎo)體器件還包括緩沖層，所述緩沖層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述陽(yáng)極層與所述漂移區(qū)之間，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)與所述緩沖層由所述漂移區(qū)隔開(kāi)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述雙極型半導(dǎo)體器件還包括緩沖層，所述緩沖層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述陽(yáng)極層與所述漂移區(qū)之間，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)鄰接所述緩沖層。11.一種絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，其包括: 具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)附著在集電極上，所述集電極具有與所述第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的第二導(dǎo)電類(lèi)型； 穿過(guò)具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型的基極延伸到所述漂移區(qū)中的第一柵極溝槽和第二柵極溝槽，所述第一柵極溝槽和第二柵極溝槽每個(gè)由發(fā)射極擴(kuò)散部界邊； 內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型的第一導(dǎo)電區(qū)以及至少一個(gè)具有所述第二導(dǎo)電類(lèi)型的第二導(dǎo)電區(qū)，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)位于所述第一柵極溝槽與所述第二柵極溝槽之間； 所述至少一個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)和所述至少一個(gè)第二導(dǎo)電區(qū)被構(gòu)造成使得所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)大致電荷平衡。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及一個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，所述第二導(dǎo)電區(qū)位于所述兩個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)之間。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括第一數(shù)量的多個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及第二數(shù)量的多個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，所述第一數(shù)量大于所述第二數(shù)量。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)包括第一數(shù)量的多個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)以及第二數(shù)量的多個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)，其中，每個(gè)所述第二導(dǎo)電區(qū)位于兩個(gè)所述第一導(dǎo)電區(qū)之間。15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)并未位于所述第一柵極溝槽或所述第二柵極溝槽下方。16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)鄰接所述基極。17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述漂移區(qū)鄰接所述至少一個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)，但不鄰接所述至少一個(gè)第二導(dǎo)電區(qū)。18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述絕緣柵雙極型晶體管還包括增強(qiáng)層，所述增強(qiáng)層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述漂移區(qū)與所述基極之間，其中，所述內(nèi)溝槽機(jī)構(gòu)鄰接所述增強(qiáng)層。19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述絕緣柵雙極型晶體管還包括緩沖層，所述緩沖層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述集電極與所述漂移區(qū)之間，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)與所述緩沖層由所述漂移區(qū)隔開(kāi)。20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述絕緣柵雙極型晶體管還包括緩沖層，所述緩沖層具有所述第一導(dǎo)電類(lèi)型并位于所述集電極與所述漂移區(qū)之間，所述內(nèi)溝槽結(jié)構(gòu)鄰接所述緩沖層。
【文檔編號(hào)】H01L29/739GK105938846SQ201610098460
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年2月23日
【發(fā)明人】F·烏德雷亞, A·P-S·謝, G·卡穆索, C·吳, Y·唐, R·K·維特拉
【申請(qǐng)人】英飛凌科技美國(guó)公司