IGBT 512的熱表現(xiàn)能夠被更好地適配于其電性能。
[0128]圖9A至圖9D涉及在上述(例如，參考圖2A和圖7)的半導(dǎo)體二極管中的輔助單元的布置。
[0129]圖9A示出了具有兩個(gè)橫向尺寸顯著地小于半導(dǎo)體器件500的半導(dǎo)體主體100的有源區(qū)域610的對(duì)應(yīng)橫向尺寸的輔助單元AC的緊密控制結(jié)構(gòu)180。半導(dǎo)體主體100包括有源區(qū)域610以及在有源區(qū)610和半導(dǎo)體主體100的外表面103之間的邊沿區(qū)域690。邊沿區(qū)域690其可包括終端結(jié)構(gòu)并且沒有任何電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)，包圍包括電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)的有源區(qū)610。緊密的控制結(jié)構(gòu)180可沿著矩形的半導(dǎo)體主體100的邊沿或者沿著矩形的半導(dǎo)體主體100的對(duì)角線取向以規(guī)律間隔的行和列布置。
[0130]控制結(jié)構(gòu)180的種群密度可橫穿整個(gè)有源區(qū)域610是均勻的。根據(jù)另外的實(shí)施例，該種群密度可在有源區(qū)域610的中心部分較稀疏，并且在有源區(qū)域610的外部部分中較密集，該外部部分鄰接邊沿區(qū)域690以抽取涌入邊沿區(qū)域690的電荷載流子?？商鎿Q地或額外地，對(duì)于控制結(jié)構(gòu)種群密度的橫向變化，勢(shì)壘區(qū)的雜質(zhì)劑量可沿著一個(gè)或者兩個(gè)橫軸變化。例如，在外部部分中的勢(shì)壘區(qū)的雜質(zhì)劑量可高于中心部分，以提升換流強(qiáng)度?？商鎿Q地或額外地，有源區(qū)域610可包括不具有勢(shì)壘區(qū)的輔助單元，其中具有勢(shì)壘區(qū)的輔助單元對(duì)不具有勢(shì)壘區(qū)的輔助單元的比率隨著距邊沿區(qū)域690的距離減少而增加。
[0131]圖9B示出了條狀形狀的輔助單元的條狀形狀的控制結(jié)構(gòu)180，該輔助單元以規(guī)律的中心對(duì)中心距離(節(jié)距，pitch)布置并且朝向沿著半導(dǎo)體主體100的外部邊沿中的一個(gè)。
[0132]圖9C示出了柵格形狀的輔助單元的柵格形狀的控制結(jié)構(gòu)180，該輔助單元具有在臺(tái)面中形成的電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)115的多個(gè)子部分。臺(tái)面的大小橫穿整個(gè)有源區(qū)域610可以是均勻的，或者可隨著距邊沿區(qū)域690的距離減少而減少。
[0133]在圖9D中，輔助單元AC的緊密控制結(jié)構(gòu)180在有源區(qū)域610的中心部分中以較低的種群密度布置，并且在朝向邊沿區(qū)域690的有源區(qū)域610的外部部分中以較高的種群密度布置。
[0134]圖1OA至圖1OD涉及用于包括RC-1GBT的IGBT的晶體管單元和輔助單元的布置。
[0135]圖1OA涉及在等距離的行和列中在規(guī)律的類似矩陣的模式中的晶體管單元的柵極結(jié)構(gòu)150和輔助單元的控制結(jié)構(gòu)180的布置。沿著每一行和沿著每一列，控制結(jié)構(gòu)180和柵極結(jié)構(gòu)150可被交替地布置。除了最外面的輔助單元和晶體管單元以外，每個(gè)柵極結(jié)構(gòu)150可鄰接四個(gè)控制結(jié)構(gòu)180，反之亦然。該布置可以是具有被指定為白色欄的柵極結(jié)構(gòu)150和被指定為黑色欄的控制結(jié)構(gòu)180的類似于棋盤圖案。根據(jù)其他實(shí)施例，鄰接邊沿區(qū)域690的最外側(cè)的行和列可包括比晶體管單元更多的輔助單元，以支持邊沿區(qū)域690的去飽和?？商鎿Q地或者額外地，對(duì)于控制結(jié)構(gòu)種群密度的橫向變化，在輔助單元中的勢(shì)壘區(qū)的雜質(zhì)劑量可如相對(duì)圖9A所描述的沿著一個(gè)或者兩個(gè)橫軸變化?？商鎿Q地或者額外地，沿著邊沿區(qū)域690的晶體管單元TC的種群密度可低于有源區(qū)域610的中心部分。
[0136]圖1OB涉及條狀形狀的柵極結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)150、180，柵極結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)150、180可平行于半導(dǎo)體主體100的邊沿中的一個(gè)延伸并且可以規(guī)律的節(jié)距布置。
[0137]圖1OC示出了與晶體管單元形成柵格的控制結(jié)構(gòu)180和布置在臺(tái)面中的柵極結(jié)構(gòu)150。另一個(gè)實(shí)施例可提供以晶體管單元形成柵格并且輔助單元被形成在柵格的臺(tái)面中的反轉(zhuǎn)圖案。
[0138]圖1OD示出了在有源區(qū)域610的中心部分中的緊密的晶體管單元的規(guī)律布置的柵極結(jié)構(gòu)150，以及朝向邊沿區(qū)域690的布置在有源區(qū)域610的外部部分619中的輔助單元的框狀控制結(jié)構(gòu)180。
[0139]考慮到上述范圍的變型和應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不受上述【具體實(shí)施方式】的限制，也不受附圖限制。相反，本發(fā)明僅由以下權(quán)利要求及其法律等價(jià)物限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體器件,包括: 勢(shì)壘區(qū)，其被夾在漂移區(qū)和電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)之間，所述勢(shì)壘區(qū)和所述電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)形成Pn結(jié)，并且所述勢(shì)壘區(qū)和所述漂移區(qū)形成單質(zhì)結(jié)，其中所述勢(shì)壘區(qū)中的雜質(zhì)濃度高達(dá)所述漂移區(qū)中的雜質(zhì)濃度的至少10倍； 控制結(jié)構(gòu)，其被配置為在反型狀態(tài)中在所述漂移區(qū)和所述勢(shì)壘區(qū)中形成反型層，并且在非反型狀態(tài)中，在所述漂移區(qū)和所述勢(shì)壘區(qū)中不形成反型層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中，所述半導(dǎo)體器件被配置為，在所述漂移區(qū)和負(fù)載電極之間沿著所述控制結(jié)構(gòu)在反型層中，不形成穿過所述電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)的、用于少數(shù)電荷載流子的路徑。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述控制結(jié)構(gòu)從半導(dǎo)體主體的第一表面延伸進(jìn)入所述半導(dǎo)體主體之中，至少向下延伸至所述漂移區(qū)，所述半導(dǎo)體主體包括所述電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)，以及 所述電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)在所述控制結(jié)構(gòu)處直接鄰接所述第一表面。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述控制結(jié)構(gòu)從半導(dǎo)體主體的第一表面延伸進(jìn)入所述半導(dǎo)體主體之中，至少向下延伸至所述漂移區(qū)，所述半導(dǎo)體主體包括所述電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)，以及 所述控制結(jié)構(gòu)包括控制電極、控制介電層和頂部介電層，其中所述控制介電層被夾在第一側(cè)處的所述勢(shì)壘區(qū)和漂移區(qū)和與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)處的所述控制電極之間，以及 所述頂部介電層在所述第一表面和所述控制電極之間，并在垂直于所述第一表面的垂直方向上與所述電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)重疊。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述半導(dǎo)體器件是半導(dǎo)體二極管，所述半導(dǎo)體二極管包括具備所述漂移區(qū)和所述勢(shì)壘區(qū)的導(dǎo)電類型的陰極層，所述陰極層在所述漂移區(qū)和所述半導(dǎo)體主體的與所述第一表面相對(duì)的第二表面之間。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述半導(dǎo)體器件是包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元的絕緣柵雙極型晶體管。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述半導(dǎo)體器件是反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管，所述反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管包括集電極層，所述集電極層包括在所述漂移區(qū)和所述半導(dǎo)體主體的與所述第一表面相對(duì)的第二表面之間的第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域以及與所述第一導(dǎo)電類型互補(bǔ)的第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述半導(dǎo)體器件是非反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管，所述非反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管包括集電極層，所述集電極層在所述漂移區(qū)和所述半導(dǎo)體主體的與所述第一表面相對(duì)的第二表面之間，其中所述集電極層具有與所述漂移區(qū)的第一導(dǎo)電類型互補(bǔ)的第二導(dǎo)電類型。
9.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述晶體管單元包括與源區(qū)和所述漂移區(qū)形成Pn結(jié)的體區(qū)以及柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)被配置為在所述晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)期間在所述體區(qū)中形成反型層并且在所述導(dǎo)通狀態(tài)之外在所述體區(qū)中不形成反型層。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述控制結(jié)構(gòu)包括控制電極和控制介電層，所述控制介電層在位于第一側(cè)的所述勢(shì)壘區(qū)和所述漂移區(qū)和位于與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)的所述控制電極之間， 所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極電極和柵極介電層，所述柵極介電層在位于第一側(cè)的所述體區(qū)和位于與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)的所述柵極電極之間，以及 所述柵極結(jié)構(gòu)和所述控制結(jié)構(gòu)被相互電連接。
11.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中， 在所述柵極結(jié)構(gòu)和所述控制結(jié)構(gòu)處的高于第一閾值電壓的電壓引起所述導(dǎo)通狀態(tài)， 低于第二閾值電壓的電壓引起所述反型狀態(tài)，所述第二閾值電壓低于所述第一閾值電壓，以及 在所述第一閾值電壓和所述第二閾值電壓之間的電壓既不引起所述導(dǎo)通狀態(tài)也不引起所述反型狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中， 在所述柵極結(jié)構(gòu)和所述控制結(jié)構(gòu)處的高于第一閾值電壓的電壓引起所述導(dǎo)通狀態(tài)， 低于第二閾值電壓的電壓引起所述反型狀態(tài)，所述第二閾值電壓高于所述第一閾值電壓，以及 高于所述第二閾值電壓的電壓引起所述非反型狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中， 所述柵極介電層和所述控制介電層由不同的材料提供，和/或所述柵極電極和所述控制電極由不同的材料形成，從而所述晶體管單元的第一閾值電壓等于或者低于所述輔助單元的第二閾值電壓。
14.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件， 其中，所述控制介電層包括固定的負(fù)電荷，和/或相對(duì)于所述半導(dǎo)體主體，所述控制電極的材料的功函數(shù)高于所述柵極電極的材料的功函數(shù)。
15.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括: 電壓移位器，其被配置為向所述控制電極施加電壓，所述電壓與被施加給所述柵極電極的電壓相差預(yù)定的電壓偏移值，其中所述電壓偏移大于所述第一閾值電壓和所述第二閾值電壓之間的差值。
16.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括 多個(gè)輔助單元，每個(gè)輔助單元包括所述控制結(jié)構(gòu)中的一個(gè)控制結(jié)構(gòu)， 其中，所述輔助單元的在有源區(qū)域的中心部分中的種群密度高于所述有源區(qū)域的朝向沒有輔助單元的邊沿區(qū)域的外部部分中的種群密度。
17.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述勢(shì)壘區(qū)包括深層施主或深雙施主的雜質(zhì)。
18.—種絕緣柵雙極型晶體管,包括 晶體管單元；以及 輔助單元，其包括被夾在漂移區(qū)和電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)之間的勢(shì)壘區(qū)，所述勢(shì)壘區(qū)和所述電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)形成Pn結(jié)，并且所述勢(shì)壘區(qū)和所述漂移區(qū)形成單質(zhì)結(jié)，其中所述勢(shì)壘區(qū)中的雜質(zhì)濃度高達(dá)所述漂移區(qū)中的雜質(zhì)濃度的至少10倍。
19.如權(quán)利要求18所述的絕緣柵雙極型晶體管， 其中所述輔助單元的控制結(jié)構(gòu)包括控制電極和控制介電層，所述控制介電層在位于第一側(cè)的所述勢(shì)壘區(qū)和所述漂移區(qū)和位于在與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)的所述控制電極之間， 所述控制電極被電連接至相對(duì)于負(fù)載電極固定的電勢(shì)。
20.—種半導(dǎo)體二極管，包括: 控制結(jié)構(gòu)，其從第一表面延伸進(jìn)入半導(dǎo)體主體中，所述控制結(jié)構(gòu)包括控制電極和控制介電層，所述控制介電層在位于第一側(cè)的所述半導(dǎo)體主體和位于與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)的所述控制電極之間；以及 勢(shì)壘區(qū)，其被夾在所述半導(dǎo)體主體中的漂移區(qū)和電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)之間，所述勢(shì)壘區(qū)和所述電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)形成Pn結(jié)，并且所述勢(shì)壘區(qū)和所述漂移區(qū)形成單質(zhì)結(jié)，其中在所述勢(shì)壘區(qū)中的雜質(zhì)濃度高達(dá)所述漂移區(qū)中的雜質(zhì)濃度的至少10倍。
【專利摘要】在一種半導(dǎo)體器件中，勢(shì)壘區(qū)被夾在漂移區(qū)和電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)之間。勢(shì)壘區(qū)和電荷載流子轉(zhuǎn)移區(qū)形成pn結(jié)。勢(shì)壘區(qū)和漂移區(qū)形成單質(zhì)結(jié)。在勢(shì)壘區(qū)中的平均雜質(zhì)濃度高達(dá)漂移區(qū)中的雜質(zhì)濃度的至少10倍。控制結(jié)構(gòu)被布置為，在反型狀態(tài)中在漂移區(qū)和勢(shì)壘區(qū)中形成反型層。在非反型狀態(tài)中，沒有反型層在漂移區(qū)和勢(shì)壘區(qū)中被形成。
【IPC分類】H01L29-739, H01L21-336, H01L29-06
【公開號(hào)】CN104681604
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410706951
【發(fā)明人】J·G·拉文, R·巴布斯克, C·耶格
【申請(qǐng)人】英飛凌科技股份有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年11月27日
【公告號(hào)】DE102014117364A1, US9105679, US20150144988