具有集成柵極-電阻器的功率mos晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有集成柵極-電阻器的功率MOS晶體管，具體地一種晶體管器件包括：布置在半導(dǎo)體本體上的晶體管單元區(qū)域中的至少一個(gè)個(gè)體晶體管單元，每個(gè)個(gè)體晶體管單元包括柵極電極；柵極接觸，電耦合至晶體管單元的柵極電極并且被配置用于通過提供沿第一方向的柵極電流來導(dǎo)通至少一個(gè)晶體管單元、以及被配置用于通過提供沿第二方向的柵極電流來關(guān)斷至少一個(gè)晶體管單元，第二方向與第一方形相反；單片地集成在晶體管器件中的至少一個(gè)柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，柵極-電阻器結(jié)構(gòu)在柵極電流沿第一方向流動(dòng)時(shí)針對柵極電流提供第一電阻，并且當(dāng)柵極電流沿第二方向流動(dòng)時(shí)針對柵極電流提供不同于第一電阻的第二電阻。
【專利說明】具有集成柵極-電阻器的功率MOS晶體管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及諸如金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)之類的功率MOS晶體管的領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]MOS晶體管(諸如功率MOSFET或IGBT)可以通過對晶體管的柵極充電和放電而導(dǎo)通和關(guān)斷。為了控制在非導(dǎo)電(關(guān)斷狀態(tài))和導(dǎo)電狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))之間轉(zhuǎn)換，以及反之亦然，柵極-電阻器通常連接至晶體管的柵極電極。柵極-電阻器的電阻限制了對柵極充電或放電的柵極電流。為了對功率MOS晶體管的柵極電容器充電和放電，使用專用的柵極驅(qū)動(dòng)器電路(或簡單的柵極驅(qū)動(dòng)器)。這樣的柵極驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)于可以表示晶體管的所需開關(guān)狀態(tài)(導(dǎo)通或關(guān)斷)的一個(gè)或多個(gè)邏輯信號(hào)(二進(jìn)制信號(hào))而對柵極充電和放電。
[0003]在一些應(yīng)用中，需要具有不同的柵極電流值以用于分別對MOS晶體管的柵極充電和放電。用于對柵極充電和放電的不同柵極電流值導(dǎo)致非對稱開關(guān)，也即對于導(dǎo)通和關(guān)斷晶體管而言開關(guān)時(shí)間顯著不同。例如可以通過使用合適的設(shè)計(jì)的柵極驅(qū)動(dòng)器電路而獲得這種非對稱開關(guān)行為。這樣的柵極驅(qū)動(dòng)器通常需要相對較復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。此外，由于這樣的柵極驅(qū)動(dòng)器電路內(nèi)存在的不可避免的寄生電路部件，可以發(fā)生各種不希望的效應(yīng)。因此需要一種改進(jìn)的MOS晶體管，其允許非對稱開關(guān)而無需復(fù)雜的柵極驅(qū)動(dòng)器電路。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種晶體管器件。晶體管器件包括:至少一個(gè)個(gè)體晶體管單元，布置在半導(dǎo)體本體上晶體管單元區(qū)域中，每個(gè)個(gè)體晶體管單元包括柵極電極；柵極接觸，電耦合至晶體管單元的柵極電極，并且被配置用于通過提供沿第一方向的柵極電流而導(dǎo)通至少一個(gè)晶體管單元、以及被配置用于通過提供沿第二方向的柵極電流而關(guān)斷至少一個(gè)晶體管單元，第二方向與第一方向相反；以及至少一個(gè)柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，單片地集成在晶體管器件中，柵極-電阻器結(jié)構(gòu)在柵極電流沿第一方向流動(dòng)時(shí)針對柵極電流提供第一電阻，并且在柵極電流沿第二方向流動(dòng)時(shí)針對柵極電流提供不同于第一電阻的第二電阻。
[0005]此外，公開了一種半導(dǎo)體本體上的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體本體包括第一導(dǎo)電類型或第二導(dǎo)電類型的柵極電極，并且柵極電極包括頂表面。柵極結(jié)構(gòu)包括:第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，從頂表面沿垂直方向延伸到柵極電極中；第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，被布置為與第一半導(dǎo)體區(qū)域相鄰，由此與第一半導(dǎo)體區(qū)域形成Pn結(jié)，第二半導(dǎo)體區(qū)域沿垂直方向布置在第一半導(dǎo)體區(qū)域下方；絕緣層，被布置為將第一半導(dǎo)體區(qū)域與周圍的柵極電極絕緣；以及接觸層，被布置在頂表面上，覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域以電連接第一半導(dǎo)體區(qū)域，并且附加地覆蓋頂表面的沿水平方向在第一半導(dǎo)體區(qū)域旁邊的部分。
[0006]此外，公開了一種半導(dǎo)體本體上的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)。柵極-電阻器結(jié)構(gòu)包括--第一或第二導(dǎo)電類型的第一電阻區(qū)段，第一電阻區(qū)段包括頂表面；第二電阻區(qū)段，電耦合在連接層和柵極接觸之間，連接層被配置為耦合至多個(gè)晶體管單元，并且柵極接觸被配置用于通過提供沿第一方向的柵極電流而導(dǎo)通多個(gè)晶體管單元、以及被配置用于通過提供沿第二方向的柵極電流而關(guān)斷多個(gè)晶體管單元，第二方向與第一方向相反；第一絕緣層，被布置用于將連接層、第一電阻區(qū)段和第二電阻區(qū)段與半導(dǎo)體本體絕緣；第二絕緣層，被布置用于將第一電阻區(qū)段與連接層和第二電阻區(qū)段絕緣；以及第一二極管區(qū)段，從第一電阻區(qū)段的頂表面沿垂直方向延伸到第一電阻區(qū)段中，第一二極管區(qū)域和第一電阻區(qū)段串聯(lián)耦合在連接層和柵極接觸之間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]參照以下附圖和說明書可以更好理解本發(fā)明。附圖中部件無需按照比例繪制；替代地，著重強(qiáng)調(diào)對本發(fā)明原理的說明。然而，在附圖中，相同附圖標(biāo)記表示對應(yīng)的部件。在附圖中:
[0008]圖1示出了具有外部柵極-電阻器的IGBT的示例，
[0009]圖2 (包括圖2a和圖2b)示出了具有外部柵極-電阻器的IGBT的其他示例，
[0010]圖3(包括圖3a和圖3b)示出了具有集成的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)的IGBT的示例，
[0011]圖4示出了穿過垂直晶體管部件的垂直截面圖，
[0012]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的穿過柵極結(jié)構(gòu)的垂直截面圖，
[0013]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例穿過柵極結(jié)構(gòu)的垂直截面圖，
[0014]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例穿過柵極結(jié)構(gòu)的垂直截面圖，
[0015]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例穿過柵極結(jié)構(gòu)的垂直截面圖，
[0016]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的穿過柵極結(jié)構(gòu)的水平截面圖，
[0017]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的穿過柵極結(jié)構(gòu)的水平截面圖，
[0018]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的穿過柵極結(jié)構(gòu)的水平截面圖，
[0019]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的穿過柵極結(jié)構(gòu)的水平截面圖，
[0020]圖13示出了具有共用外部柵極-電阻器的若干晶體管單元的IGBT，
[0021]圖14示出了具有集成的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)的多個(gè)晶體管單元的IGBT，
[0022]圖15示出了穿過晶體管單元的垂直截面圖，
[0023]圖16示出了晶體管單元的第一水平截面圖，
[0024]圖17示出了晶體管單元的第二水平截面圖，
[0025]圖18示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的穿過晶體管單元以及具有柵極結(jié)構(gòu)的外部柵極焊盤的垂直截面圖，
[0026]圖19示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的穿過具有橫向柵極-電阻器結(jié)構(gòu)的柵極焊盤的垂直截面圖，
[0027]圖20示出了根據(jù)圖19的實(shí)施例的穿過橫向柵極-電阻器結(jié)構(gòu)在第一截面中的水平截面圖，
[0028]圖21示出了根據(jù)圖19的實(shí)施例的穿過橫向柵極-電阻器結(jié)構(gòu)在第二截面中的水平截面圖，
[0029]圖22示出了在晶體管單元區(qū)域中的多個(gè)相鄰晶體管單元，
[0030]圖23示出了在晶體管單元區(qū)域中的多個(gè)相鄰晶體管單元，其中晶體管單元具有多邊形開口，[0031 ] 圖24示出了穿過具有多邊形開口的晶體管單元的垂直截面圖，以及
[0032]圖25示出了晶體管單元區(qū)域中的晶體管單元，晶體管單元具有多邊形開口和肖特基區(qū)域。

【具體實(shí)施方式】
[0033]在以下詳細(xì)說明書中，參照形成了說明書一部分的附圖，借由對可以實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例說明的方式示出了附圖。在這點(diǎn)上，諸如“頂部”、“底部”、“正面”、“背面”、“水平”、“垂直”等等的方向性術(shù)語參照所述附圖的取向來使用。因?yàn)閷?shí)施例的部件可以沿多個(gè)不同取向定位，所以方向性術(shù)語用于示意性并且絕非限定的目的。應(yīng)該理解的是可以采用其他實(shí)施例并且可以不脫離本發(fā)明的范圍而做出結(jié)構(gòu)上或邏輯上的改變。
[0034]功率MOS晶體管，諸如金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(MOSFET)或絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是電壓驅(qū)動(dòng)的器件。通過對由導(dǎo)電層與絕緣層協(xié)同形成的柵極結(jié)構(gòu)分別充電和放電而導(dǎo)通和關(guān)斷這些器件。為了控制在晶體管的非導(dǎo)電和導(dǎo)電狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換(反之亦然)，柵極-電阻器通常連接至晶體管的柵極電極?？梢酝ㄟ^該柵極-電阻器的值來調(diào)整功率MOS晶體管的動(dòng)態(tài)性能。柵極-電阻器影響開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗和晶體管的若干其他參數(shù)。可以根據(jù)個(gè)體應(yīng)用參數(shù)來選擇柵極-電阻器的值。個(gè)體應(yīng)用參數(shù)例如可以包括晶體管技術(shù)、開關(guān)頻率、損耗以及應(yīng)用布圖。
[0035]功率MOS晶體管和外部柵極-電阻器的布置示例性示出在圖1中。在圖1中，IGBT具有集電極接觸C，發(fā)射極接觸E和柵極接觸G。IGBT的柵極接觸G經(jīng)由柵極-電阻器Re耦合至外部柵極端子Gext。外部柵極端子Gext可以耦合至可控電壓源(未示出)，例如柵極驅(qū)動(dòng)器電路。借由電壓源和柵極-電阻器Re，可以提供在開關(guān)過程期間對柵極充電或放電的柵極電流。
[0036]IGBT或任何其他功率MOS晶體管的開關(guān)行為受到外部柵極-電阻器Re的影響。柵極-電阻器Re通過限定在導(dǎo)通和關(guān)斷期間柵極電流脈沖的幅度來確定對柵極充電和放電所需的時(shí)間。
[0037]單個(gè)外部柵極-電阻器Re通常用于功率MOS晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷二者。然而，可以通過針對導(dǎo)通和關(guān)斷使用不同電阻器來實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的柵極控制。在一些應(yīng)用中，需要不同的柵極電流值以用于對MOS晶體管的柵極電容器充電和放電。
[0038]圖2a示出了類似于圖1所示的IGBT。然而圖2a的IGBT具有并聯(lián)耦合在其柵極接觸G和外部柵極端子Gext之間的兩個(gè)柵極-電阻器Re1、Re2。為了獲得用于IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷的不同柵極-電阻器值，二極管D1串聯(lián)至一個(gè)柵極電阻器Rei。取決于二極管D1是否采用其陽極或其陰極連接至IGBT的柵極接觸G，二極管Dl在應(yīng)用正向或反向柵極電壓或柵極ie時(shí)阻斷。以此方式，能夠獲得用于IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷的不同的有效柵極-電阻器值。在本示例中，當(dāng)對柵極充電時(shí)(也即ie>0)有效柵極-電阻器值對應(yīng)于電阻器Re2的電阻，而當(dāng)對柵極放電(也即ie〈0)時(shí)有效柵極電阻器值對應(yīng)于電阻器Rei和Re2的并聯(lián)電路的電阻。
[0039]進(jìn)一步能夠如圖2b所示將二極管Dp D2串聯(lián)至每個(gè)柵極電阻器Re1、Re2。二極管Dl、D2相互反向并聯(lián)耦合，為了針對正向和反向電壓均允許柵極電流。這是獲得用于IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷操作的不同的有效柵極-電阻器值的另一種方式。如上所述，這些柵極-電阻器布置不但可以與IGBT—起使用，而且也可以與任何類型功率MOS晶體管一起使用，諸如例如MOS場效應(yīng)晶體管。
[0040]圖1和圖2均示出了外部電阻器布置。然而這些外部電阻器布置具有若干缺點(diǎn)。例如，它們通常需要相對較復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。此外，由于在這樣的柵極驅(qū)動(dòng)器電路內(nèi)存在不可避免的寄生電路部件，所以可以發(fā)生各種不希望的效應(yīng)。
[0041]本發(fā)明提供了一種解決方案，其通過在功率MOS晶體管內(nèi)單片地集成一個(gè)或多個(gè)柵極-電阻器而使得功率MOS晶體管無需外部電阻器布置。
[0042]圖3a示出了類似于圖1和圖2所示的IGBT。然而圖3a的IGBT具有集成的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)。柵極-電阻器結(jié)構(gòu)布置在IGBT的柵極電極(圖3a中未示出)和柵極接觸G之間。圖3a中所示的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)是如已經(jīng)借由圖2a所描述的電阻器結(jié)構(gòu)。然而其也可以是如已經(jīng)借由如圖2b所描述的電阻器結(jié)構(gòu)，例如如圖3b中所示。通過在IGBT中單片地集成該柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，無需外部部件以便獲得用于IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷的不同的有效柵極-電阻器值。
[0043]圖4示意性示出了穿過垂直溝槽晶體管部件(特別是IGBT)的垂直截面圖，其中晶體管由并聯(lián)電耦合的多個(gè)晶體管單元構(gòu)成。盡管以下描述將涉及溝槽MOS結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明的范圍不限于MOS單元的設(shè)計(jì)并且可以容易地轉(zhuǎn)換為其他單元概念(例如平面單元)。圖4示出了一個(gè)晶體管單元。晶體管部件包括具有頂表面101的半導(dǎo)體本體100。半導(dǎo)體本體100可以包括傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，諸如硅(Si)，碳化硅(SiC)，砷化鎵(GaAs)，硅鍺(SiGe)，氮化鎵(GaN)等等。圖4示出了半導(dǎo)體本體100的垂直截面。該垂直截面垂直于半導(dǎo)體本體100的頂表面101。
[0044]參照圖4，半導(dǎo)體本體100包括第一導(dǎo)電類型(例如P型)的集電極區(qū)域15。集電極區(qū)域15電連接至布置在半導(dǎo)體本體100的底表面上的第一電極16(集電極電極)。第一電極16形成了晶體管部件的集電極端子(在MOSFET的情形下為漏極端子)，或者電連接至這樣的集電極端子C。半導(dǎo)體本體100進(jìn)一步包括與第一導(dǎo)電類型互補(bǔ)的第二導(dǎo)電類型(例如η型)的漂移區(qū)域14。漂移區(qū)域14經(jīng)由集電極區(qū)域15耦合至第一電極16，集電極區(qū)域15位于漂移區(qū)域14和第一電極16之間。也即，漂移區(qū)域14可以如圖4所示鄰接集電極區(qū)域15?？蛇x地，第二導(dǎo)電類型的并且比漂移區(qū)域14更高摻雜的場停止區(qū)域(未示出)可以布置在漂移區(qū)域14和集電極區(qū)域15之間。
[0045]半導(dǎo)體本體100進(jìn)一步包括第一導(dǎo)電類型(例如P型)的本體區(qū)域13。圖3中所示半導(dǎo)體本體100包括本體接觸區(qū)域12，其是與本體區(qū)域13相同的導(dǎo)電類型(例如P型)，但是通常比本體區(qū)域13更重的摻雜。本體接觸區(qū)域12從半導(dǎo)體本體100的頂表面向下至本體區(qū)域13而垂直地延伸到半導(dǎo)體本體100中，以便允許接觸本體區(qū)域13。
[0046]半導(dǎo)體本體100進(jìn)一步包括第二導(dǎo)電類型(η型)的發(fā)射極區(qū)域11。發(fā)射極區(qū)域11可以是高摻雜的(例如η+型區(qū)域)。類似于本體接觸區(qū)域12，發(fā)射極區(qū)域11從半導(dǎo)體本體100的頂表面向下至本體區(qū)域13而垂直地延伸到半導(dǎo)體本體100中，由此在發(fā)射極區(qū)域11和本體區(qū)域13之間形成了 ρη結(jié)。本體區(qū)域13鄰接漂移區(qū)域14，由此在本體區(qū)域13和漂移區(qū)域14之間形成了另一個(gè)ρη結(jié)。源極區(qū)域11通過本體區(qū)域13沿垂直方向與漂移區(qū)域14間隔分開。沿水平方向，本體接觸區(qū)域12由兩個(gè)發(fā)射極區(qū)域11鄰接。如圖4所示兩個(gè)發(fā)射極區(qū)域11可以是包圍本體接觸區(qū)域12的一個(gè)(例如方形)發(fā)射極區(qū)域11的一部分。本體接觸區(qū)域12可以備選地僅由沿一個(gè)水平方向的一個(gè)發(fā)射極區(qū)域11鄰接。
[0047]晶體管部件進(jìn)一步包括至少部分地布置在溝槽中的柵極結(jié)構(gòu)。柵極結(jié)構(gòu)包括柵極電極18，柵極電極18布置在與發(fā)射極區(qū)域11、本體區(qū)域13和漂移區(qū)域14鄰接的溝槽中，并且通過第一絕緣層17與周圍的半導(dǎo)體本體介電地絕緣。柵極電極18可以由多晶硅層形成。柵極電極18沿垂直方向從頂表面101向下延伸至漂移區(qū)域14。柵極電極18因此能夠控制沿第一絕緣層17在垂直方向上在發(fā)射極區(qū)域11和漂移區(qū)域14之間的本體區(qū)域13中的導(dǎo)電溝道。柵極電極18電連接至柵極接觸層19，從而形成了或者電連接至柵極接觸G。柵極接觸層19可以是金屬化層。
[0048]如圖4所示的此類IGBT結(jié)構(gòu)是已知的并且因此在此不再贅述。IGBT的結(jié)構(gòu)非常類似于功率MOSFET。IGBT和功率MOSFET的結(jié)構(gòu)之間的基本差異在于集電極區(qū)域15，集電極區(qū)域15是與漂移區(qū)域不同的導(dǎo)電類型(圖3中p+型)。以此方式，在漂移區(qū)域14和集電極區(qū)域之間形成了另一 ρη結(jié)，集電極區(qū)域?qū)⑸贁?shù)載流子注入到漂移區(qū)域14中。在MOSFET的情形中，集電極區(qū)域15將稱作漏極區(qū)域，漏極區(qū)域具有與相鄰漂移區(qū)域相同的摻雜類型(不同于IGBT)。然而，針對IGBT和MOSFET器件可以以相同方式實(shí)施柵極結(jié)構(gòu)。其他類型功率MOS晶體管也可以擁有這樣的柵極結(jié)構(gòu)。
[0049]圖5更詳細(xì)示出了在(例如多晶硅)柵極電極18和柵極接觸G之間的接觸。參照圖5，附加的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)布置在柵極電極18和柵極接觸G之間。特別地，柵極-電阻器結(jié)構(gòu)單片地集成在柵極電極18中。柵極-電阻器結(jié)構(gòu)包括可以借由不同導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域184 (例如P型)和第二半導(dǎo)體區(qū)域183 (例如η型)形成的ρη結(jié)。在圖5的示例性實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體區(qū)域184是P型區(qū)域并且第二半導(dǎo)體區(qū)域183是η型區(qū)域。第一半導(dǎo)體區(qū)域184從半導(dǎo)體本體100的頂表面101垂直地延伸到柵極電極18中。第二半導(dǎo)體區(qū)域183布置在第一半導(dǎo)體區(qū)域184下方并且鄰接第一半導(dǎo)體區(qū)域184，由此形成了 ρη結(jié)，也即二極管。接觸層19覆蓋(并且因此電連接)第一半導(dǎo)體區(qū)域184。附加地，接觸層19覆蓋(并且電連接)頂表面101的緊鄰第一半導(dǎo)體區(qū)域184的部分。第二絕緣層181垂直地延伸到柵極電極18中以將區(qū)域184與周圍柵極電極18隔離。結(jié)果，當(dāng)施加合適的柵極電壓時(shí)，柵極電流穿過區(qū)域184和183之間的ρη結(jié)。
[0050]當(dāng)晶體管部件導(dǎo)通時(shí)，柵極電流從柵極接觸G穿過接觸層19流入柵極電極18中，由此對柵極充電。當(dāng)晶體管部件關(guān)斷時(shí)，電流從柵極電極18穿過接觸層19流至柵極接觸G,因此對柵極放電(也參見圖3)。
[0051]現(xiàn)在參照圖5，柵極電流可以僅在其中接觸層19形成了至柵極電極18的電接觸的這樣的區(qū)域中、在柵極電極18和接觸層19之間直接流動(dòng)。在其中接觸層19覆蓋了第一半導(dǎo)體區(qū)域184的(例如金屬)接觸層的那些部分中，電流由于第二絕緣層181而首先必須穿過Pn結(jié)。如前所述，第二絕緣層181將ρη結(jié)與周圍的柵極電極18沿水平方向絕緣。因此其可以沿垂直方向從頂表面101延伸到柵極電極18中。沿水平方向鄰接第一半導(dǎo)體區(qū)域184的絕緣層181可以延伸到柵極電極18中至如下深度，該深度是必需的以將第一半導(dǎo)體區(qū)域184與柵極電極18絕緣。然而，絕緣層181也可以進(jìn)一步延伸到沿水平方向鄰接第二半導(dǎo)體區(qū)域183的柵極電極18中，由此將第二半導(dǎo)體區(qū)域183沿水平方向與柵極電極18絕緣。絕緣層181甚至可以向柵極電極18中延伸更深作為ρη結(jié),如圖5所示。
[0052]然而，ρη結(jié)僅允許電流沿一個(gè)方向流動(dòng)而阻斷電流沿另一方向流動(dòng)。參照圖5，當(dāng)導(dǎo)通晶體管部件時(shí)，柵極接觸G和源極區(qū)域11之間的電勢差是正向的。因此，電流可以穿過由半導(dǎo)體區(qū)域184和183形成的ρη結(jié)而從柵極接觸G流入柵極電極18中。然而，當(dāng)關(guān)斷晶體管部件時(shí)，所述電勢差和相應(yīng)柵極電流的方向改變。ρη結(jié)反向偏置并且因此防止電流從柵極電極18流向接觸層19。電流可以隨后僅經(jīng)由其中接觸層19鄰接?xùn)艠O電極18而不形成ρη結(jié)的柵極電極和接觸層的那些部分190而從柵極電極18流向接觸層19。實(shí)質(zhì)上，該配置對應(yīng)于圖3a的電路圖(除了 ρη結(jié)翻轉(zhuǎn)之外)。
[0053]針對流向或源自柵極接觸G的電流的電阻除了別的因素還取決于柵極電流流過的半導(dǎo)體區(qū)域184和183的摻雜濃度和幾何形狀。通過合適地選擇第一和第二半導(dǎo)體區(qū)域183、184的摻雜濃度或尺寸和/或幾何形狀，以及其中接觸層19鄰接?xùn)艠O電極18而不形成ρη結(jié)的那些區(qū)域190的尺寸和/或幾何形狀，針對在導(dǎo)通和關(guān)斷期間流動(dòng)的電流可以獲得不同電阻。
[0054]再次參照圖5，在部件導(dǎo)通時(shí)的電阻小于在部件關(guān)斷時(shí)的電阻，因?yàn)樵陉P(guān)斷期間，由ρη結(jié)(183、184)提供的附加的電流路徑是不可用的，并且總柵極電流必需穿過相對較小的表面部分190。替代地，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體區(qū)域184是η型區(qū)域而第二半導(dǎo)體區(qū)域183是ρ型區(qū)域時(shí)，在晶體管導(dǎo)通時(shí)的電阻將高于在晶體管時(shí)關(guān)斷時(shí)的電阻。這是因?yàn)棣薛墙Y(jié)將隨后阻斷沿相反方向的電流。
[0055]通過在半導(dǎo)體器件中單片地集成這樣的結(jié)構(gòu)并且由此針對導(dǎo)通和關(guān)斷提供不同的柵極電阻，無需外部柵極電阻或復(fù)雜的柵極驅(qū)動(dòng)器電路。
[0056]參照圖6，柵極-電阻器結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括第三半導(dǎo)體區(qū)域185。第三半導(dǎo)體區(qū)域185從頂表面101延伸到柵極電極18中，從而沿水平方向鄰接第二絕緣層181。第二絕緣層181將第三半導(dǎo)體區(qū)域185與第一半導(dǎo)體區(qū)域184絕緣。由接觸層19覆蓋第三半導(dǎo)體區(qū)域185。第三半導(dǎo)體區(qū)域185與柵極電極18導(dǎo)電類型相同，但是摻雜少于柵極電極18。通過插入該較低摻雜的第三半導(dǎo)體區(qū)域185，可以增大針對流過該區(qū)域的柵極電流的電阻。在圖6中，電流在關(guān)斷期間流過第三半導(dǎo)體區(qū)域185。關(guān)斷期間的電阻因此增大并且高于導(dǎo)通期間的電阻。本質(zhì)上，可以通過選擇半導(dǎo)體區(qū)域185中合適濃度的摻雜劑而微調(diào)晶體管在關(guān)斷過程期間的有效柵極電阻。類似地，可以通過選擇形成ρη結(jié)的半導(dǎo)體區(qū)域183和184中摻雜劑的合適濃度而微調(diào)晶體管在導(dǎo)通過程期間有效柵極電阻。
[0057]參照圖7，與圖5和圖6相比，互換第一和第二半導(dǎo)體區(qū)域184、183的導(dǎo)電類型。第一半導(dǎo)體區(qū)域184是η型區(qū)域，而第二半導(dǎo)體區(qū)域183是ρ型區(qū)域。因此，ρη結(jié)沿與圖6的之前示例中的不同方向阻斷了電流。當(dāng)從柵極電極18流向柵極接觸G(也即在關(guān)斷期間)時(shí)，電流可以僅流過ρη結(jié)。因此，在該實(shí)施例內(nèi)，導(dǎo)通期間的電阻高于關(guān)斷期間的電阻。
[0058]現(xiàn)在參照圖5至圖7，第二半導(dǎo)體區(qū)域183可以是與柵極電極18相同的導(dǎo)電類型，或者不同的導(dǎo)電類型。第二半導(dǎo)體區(qū)域183可以具有與柵極電極18的相同摻雜濃度或者不同摻雜濃度。如果第二半導(dǎo)體區(qū)域183是與柵極電極18不同的導(dǎo)電類型，這分別導(dǎo)致不希望的ηρη結(jié)構(gòu)或ρηρ結(jié)構(gòu)。在這些情形下第二半導(dǎo)體區(qū)域183和柵極電極18之間的接觸可以實(shí)施作為歐姆接觸。
[0059]代替僅一個(gè)ρη結(jié)，柵極-電阻器結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步如圖8所示包括第二 ρη結(jié)。第二 ρη結(jié)由第三半導(dǎo)體區(qū)域185 (也參見圖5)和附加的第四半導(dǎo)體區(qū)域186形成。第四半導(dǎo)體區(qū)域186鄰接第三半導(dǎo)體區(qū)域185并且布置在第三半導(dǎo)體區(qū)域185下方，由此形成了與有半導(dǎo)體區(qū)域183和184所形成ρη結(jié)并聯(lián)耦合(但是取向相反)的另一 ρη結(jié)。第四半導(dǎo)體區(qū)域186進(jìn)一步鄰接第二絕緣層181。第二絕緣層181將第二 ρη結(jié)與第一 ρη結(jié)絕緣。第三絕緣層182沿垂直方向從頂表面101延伸到柵極電極18中。第三絕緣層182鄰接第三半導(dǎo)體區(qū)域185并且可以延伸到柵極電極18中至如下深度，該深度是必需的以將第三半導(dǎo)體區(qū)域185與柵極電極18絕緣。然而，第三絕緣層182也可以進(jìn)一步延伸到柵極電極18中，沿水平方向鄰接第四半導(dǎo)體區(qū)域186并且將ρη結(jié)與柵極電極18絕緣。第三絕緣層182也可以進(jìn)一步向柵極電極18中延伸,如圖8所示。圖8中所示示例對應(yīng)于圖3b的電路圖。可以通過選擇半導(dǎo)體區(qū)域183、184、185和186中摻雜劑的合適濃度而設(shè)置電阻器值。
[0060]接觸層19覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域184和第三半導(dǎo)體區(qū)域185。在如圖8所示實(shí)施例中，接觸層19并不延伸至頂表面的緊鄰第一或第三半導(dǎo)體區(qū)域184、185的區(qū)域。然而，也可能的是接觸層19進(jìn)一步延伸，從而附加地覆蓋頂表面101的沿水平方向在第一和第三半導(dǎo)體區(qū)域184、185旁邊的部分。
[0061]參照圖8，第一半導(dǎo)體區(qū)域184是與第三半導(dǎo)體區(qū)域185不同的導(dǎo)電類型。第二半導(dǎo)體區(qū)域183是與第一半導(dǎo)體區(qū)域184不同的導(dǎo)電類型，以便于形成第一 ρη結(jié)。第四半導(dǎo)體區(qū)域186是與第三半導(dǎo)體區(qū)域185不同的導(dǎo)電類型，以便于形成第二 ρη結(jié)。第一 ρη結(jié)因此允許電流沿不同于第二 ρη結(jié)的方向流動(dòng)。通過選擇不同區(qū)域的合適的摻雜濃度以及幾何形狀，可以限定針對導(dǎo)通和關(guān)斷的電阻。
[0062]在包括兩個(gè)ρη結(jié)的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)內(nèi)，如圖8所示，不可避免的是一個(gè)ρη結(jié)與柵極電極18形成了不希望的ηρη結(jié)構(gòu)(或ρηρ結(jié)構(gòu))。在該情形下,在相應(yīng)的ρη結(jié)和柵極電極18之間的接觸可以實(shí)現(xiàn)為歐姆接觸。
[0063]圖9至圖12示出了柵極-電阻器結(jié)構(gòu)的若干不同幾何形狀。附圖示出了穿過柵極結(jié)構(gòu)的水平截面圖。它們特別地表示了在頂表面101上的鳥瞰圖(頂視圖)。
[0064]參照圖9，第一半導(dǎo)體區(qū)域184具有矩形幾何形狀。第一半導(dǎo)體區(qū)域184在沿水平方向的四側(cè)上由第二絕緣層181包圍，以便于將第一半導(dǎo)體區(qū)域184與周圍區(qū)域絕緣。第三半導(dǎo)體區(qū)域185在沿水平方向的四側(cè)上鄰接第二絕緣層181，從而包圍第一半導(dǎo)體區(qū)域184和第二絕緣層181。
[0065]然而，第一半導(dǎo)體區(qū)域184也可以實(shí)施為具有其他幾何形狀，例如類似二次曲線或圓形幾何形狀。
[0066]參照圖10，第一半導(dǎo)體區(qū)域184劃分為三個(gè)第一子區(qū)域184ρ1842、1843。每個(gè)第一子區(qū)域184ρ1842、1843由絕緣層181ρ1812、1813包圍以便于將相應(yīng)的子層與周圍區(qū)域絕緣。第三半導(dǎo)體區(qū)域185同樣地劃分為第二子區(qū)域185ρ1852、1853。那些第二子區(qū)域185ρ1852、1853布置為鄰接相應(yīng)的絕緣層181ρ1812、1813。它們也并不包圍絕緣層181ρ1812、1813。如圖10所示，它們可以布置在兩個(gè)第一子區(qū)域184ρ1842、1843與它們相應(yīng)的絕緣層181ρ1812、1813之間。例如，如對于第二子區(qū)域185i所示，它們也可以被布置為使得它們僅鄰接一個(gè)絕緣層Wl1。
[0067]參照圖11，第一半導(dǎo)體區(qū)域184被設(shè)計(jì)為缺失了一個(gè)角部的矩形。第一半導(dǎo)體區(qū)域184由第二絕緣層181所包圍，第二絕緣層181依循了第一半導(dǎo)體區(qū)域184的外形輪廓。第三半導(dǎo)體區(qū)域185布置在第一半導(dǎo)體區(qū)域184的缺失角部中。
[0068]參照圖12，第一半導(dǎo)體區(qū)域184包圍第三半導(dǎo)體區(qū)域185。第二絕緣層181絕緣了第一和第三半導(dǎo)體區(qū)域184、185。第三絕緣層182包圍第一半導(dǎo)體區(qū)域184，以將第一半導(dǎo)體區(qū)域184與周圍的柵極電極18絕緣。
[0069]第二半導(dǎo)體區(qū)域I83和第四半導(dǎo)體區(qū)域186 (如果提供的話)可能在圖9至圖12的透視圖中看不見。它們可以具有分別與第一和第三半導(dǎo)體區(qū)域184、185相同的幾何形狀。然而，它們也可以具有不同的幾何形狀。
[0070]所示不同幾何形狀僅僅是示例。柵極-電阻器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體區(qū)域可以擁有任何其他幾何形狀并且可以以任何其他方式布置。半導(dǎo)體區(qū)域以及絕緣層可以劃分為任何數(shù)目的子區(qū)域或子層。子區(qū)域和子層可以再次擁有任何幾何形狀。如參照圖5所述，第三(和第四)半導(dǎo)體區(qū)域并非是必需的。
[0071]接觸層19(圖9至圖12中未示出)可以以任何合適的方式布置在頂表面101上以電接觸第一半導(dǎo)體區(qū)域184，并且附加地覆蓋頂表面的沿水平方向在第一半導(dǎo)體區(qū)域旁邊的部分。接觸層19也可以劃分為可以布置在頂表面101上的、任何數(shù)目的子接觸層。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)子接觸層的第一部分形成了或者電連接至在導(dǎo)通期間使用的第一柵極接觸。多個(gè)子接觸層的第二部分形成了或者電連接至在關(guān)斷期間使用的第二柵極接觸。
[0072]柵極結(jié)構(gòu)無需如上所述沿垂直方向?qū)嵤?，而是也可以沿橫向方向?qū)嵤?br> [0073]諸如MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)或IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)的晶體管通常具有布置在晶體管單元區(qū)域中并且并聯(lián)連接的多個(gè)同樣的晶體管單元。已經(jīng)借由圖4解釋了該晶體管單元的示例。然而在這樣的晶體管單元區(qū)域內(nèi)，不是每個(gè)晶體管單元可以包括形成了或者電連接至柵極接觸G的柵極接觸層19。個(gè)體晶體管單元的柵極電極18可以替代地相互連接并且經(jīng)由連接層而連接至共用的柵極接觸。該連接層例如可以是多晶硅層。共用的柵極焊盤可以布置在連接層上遠(yuǎn)離個(gè)體晶體管單元的柵極電極18的位置處。該柵極焊盤可以形成或者可以電連接至共用的柵極接觸G。
[0074]如借由圖1和圖2所述，外部電阻器布置可以耦合至該共用的柵極接觸G。以此方式，可以針對通過連接層電耦合至柵極焊盤的所有晶體管單元獲得針對晶體管單元的導(dǎo)通和關(guān)斷的不同柵極-電阻器值。
[0075]多個(gè)功率MOS晶體管單元的布置以及外部柵極-電阻器布置示例性地示出在圖13中。在圖13中，每個(gè)IGBT表示具有集電極電極、發(fā)射極電極和柵極電極的晶體管單元。個(gè)體晶體管單元的集電極電極耦合至共用的集電極接觸C。個(gè)體晶體管單元的發(fā)射極電極耦合至共用的發(fā)射極接觸E。個(gè)體晶體管單元的柵極電極耦合是共用的柵極接觸G。柵極接觸G經(jīng)由柵極-電阻器布置Rx耦合至外部柵極端子Gext。借由電壓源和柵極-電阻器布置Rx，例如，在開關(guān)過程期間對它們的柵極充電或放電的柵極電流ie可以提供至晶體管單元。
[0076]將共用的柵極接觸G電連接至個(gè)體晶體管單元的柵極電極的連接層形成了另一電阻。在圖13中，連接層的電阻表示為電阻Rp，其耦合在柵極接觸和個(gè)體晶體管單元的柵極電極之間。連接層的電阻的準(zhǔn)確值針對每個(gè)單個(gè)晶體管單元可以不同。
[0077]圖14示出了類似于圖13所示若干晶體管單元的布置。然而圖14的布置具有集成的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)。例如柵極-電阻器結(jié)構(gòu)可以布置在IGBT的柵極電極與連接層之間。在該情形下，柵極-電阻器結(jié)構(gòu)可以布置在連接層與所有晶體管單元的柵極電極之間、或者在連接層與僅一部分晶體管單元的柵極電極之間。然而柵極電阻器結(jié)構(gòu)也可以附加地或者備選地實(shí)施在連接層與共用的柵極接觸G之間。
[0078]如圖14所示的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)是已經(jīng)借由圖3a所描述的電阻器結(jié)構(gòu)。然而其也可以是已經(jīng)借由圖3b所描述的電阻器結(jié)構(gòu)。
[0079]圖15示意性地示出了穿過垂直溝槽晶體管部件(特別是IGBT)的垂直截面，其中晶體管由具有共用的柵極焊盤(未示出)的、并聯(lián)電耦合的多個(gè)晶體管單元構(gòu)成。圖15示出了一個(gè)晶體管單元。晶體管單元的總體結(jié)構(gòu)與已經(jīng)借由圖4如上所述相同。然而，圖15的晶體管單元并未包括形成了或者電連接至柵極接觸G的柵極接觸層19。晶體管單元替代地包括連接層21。連接層21可以由多晶硅層形成。連接層21沿垂直方向布置在半導(dǎo)體本體100的頂表面101上方，覆蓋了柵極電極18和漂移區(qū)域14的至少一部分。絕緣層20被布置為使得其將連接層21與漂移區(qū)域14絕緣。連接層21電接觸柵極電極18。發(fā)射極區(qū)域11和本體接觸區(qū)域12通常不由連接層21覆蓋。由發(fā)射極和本體接觸區(qū)域11、12所形成的區(qū)域以下將稱作源極區(qū)域22。
[0080]圖16示出了沿水平截面A-A的根據(jù)圖15的晶體管單元的第一水平截面圖。僅為了解釋說明目的，晶體管單元在如圖16所示實(shí)施例中具有方形形狀。然而，這僅是示例。晶體管單元也可以被實(shí)施為具有不同于方形形狀的其他形狀。源極區(qū)域22由絕緣層17沿水平方向包圍。柵極電極18進(jìn)一步包圍源極區(qū)域22，通過絕緣層17與源極區(qū)域22電絕緣。絕緣層17進(jìn)一步將柵極電極18與周圍的漂移區(qū)域14電絕緣。
[0081]圖17示出了沿水平截面B-B的根據(jù)圖13的晶體管單元的第二水平截面圖。在該截面中，示出了連接層21，其覆蓋了晶體管的一部分、以及漂移區(qū)域14的包圍晶體管單元的部分。連接層21并未覆蓋源極區(qū)域22。晶體管單元的柵極電極18標(biāo)識(shí)在圖17內(nèi)僅用于說明目的。在連接層21上遠(yuǎn)離晶體管單元的位置處，采用虛線示出了柵極焊盤30。柵極焊盤30可以由形成或者電連接至共用的柵極接觸G的柵極接觸層19形成(圖17中均未示出)。以此方式，晶體管單元以及晶體管單元區(qū)域內(nèi)其他晶體管單元(未示出)可以經(jīng)由連接層電連接。當(dāng)經(jīng)由連接層21電連接個(gè)體晶體管單元時(shí)，已經(jīng)借由圖5至圖12所描述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)可以布置在連接層21和柵極接觸G之間。隨后可以在每個(gè)個(gè)體晶體管單元內(nèi)省略柵極-電阻器結(jié)構(gòu)。
[0082]圖18示出了穿過晶體管單元區(qū)域的晶體管單元以及共用的柵極焊盤30的垂直截面圖。未完整示出晶體管單元。晶體管單元可以是已經(jīng)借由圖15如上所述的晶體管單元。柵極焊盤30被布置為遠(yuǎn)離晶體管單元。連接層21將柵極焊盤30 (以及因此柵極接觸G)電耦合至晶體管單元的柵極電極18。已經(jīng)借由圖5所描述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)布置在連接層21和共用的柵極接觸G之間。特別地，柵極-電阻器結(jié)構(gòu)單片地集成在連接層21中。通過在連接層21中單片地集成柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，可以針對經(jīng)由連接層21電耦合至柵極接觸G的所有晶體管單元獲得針對導(dǎo)通和關(guān)斷的不同的柵極-電阻器值。當(dāng)在連接層中集成柵極-電阻器結(jié)構(gòu)時(shí)，可以在所有或一些個(gè)體晶體管單元內(nèi)省略柵極-電阻器結(jié)構(gòu)。連接層21可以是與晶體管單元的柵極電極18相同導(dǎo)電類型的多晶硅層。連接層21可以具有與柵極電極18相同的摻雜濃度或者不同的摻雜濃度。
[0083]可以如已經(jīng)借由圖5至圖12所描述的那樣實(shí)施柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，在晶體管單元的導(dǎo)通和關(guān)斷期間提供了不同電阻。然而替代沿垂直方向從連接層21的頂表面102延伸到連接層21中的實(shí)施，也可以沿橫向方向?qū)嵤〇艠O-電阻器結(jié)構(gòu)。
[0084]橫向柵極-電阻器結(jié)構(gòu)示出在圖19至圖21中。連接層21具有某些特定電阻值。該電阻值針對晶體管單元的導(dǎo)通和關(guān)斷是相同的，因?yàn)樵趯?dǎo)通和關(guān)斷期間柵極電流流過了相同的電流路徑。在圖19中，示出了共用的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)。連接層21布置在半導(dǎo)體本體100的漂移區(qū)域14上方。連接層21通過絕緣層20與漂移區(qū)域14電絕緣。連接層21具有頂表面102。連接層21包括連接區(qū)域2^和第一電阻區(qū)段212。連接區(qū)段在半導(dǎo)體本體100的第一表面101上延伸以電接觸晶體管單元(未示出)。第一電阻區(qū)段212通過絕緣層24與連接區(qū)段2^電絕緣。絕緣層24沿水平方向布置在第一電阻區(qū)段212和連接區(qū)段2^之間。絕緣層24進(jìn)一步布置在連接層21的頂表面102的一部分上方。這將連接層21與布置在連接層21上方的金屬層25p252電絕緣。
[0085]第一金屬層25i布置在連接層21的頂表面102上。第一金屬層25i覆蓋了第一電阻區(qū)段212的一部分。穿過絕緣層24中的開口，第一金屬層25i垂直地延伸到第一電阻區(qū)段212中以電接觸第一電阻區(qū)段212。第一金屬層25i可以是柵極接觸層，例如形成了或者電連接至共用的柵極接觸G。
[0086]二極管區(qū)域23從連接層21的頂表面102垂直地延伸到第一電阻區(qū)段212中。二極管區(qū)域23是與第一電阻區(qū)段212不同的導(dǎo)電類型。二極管區(qū)域23和第一電阻區(qū)段212由此形成了 ρη結(jié)。然而這僅是示例。二極管區(qū)域23可以替代地是金屬層，例如以使得二極管區(qū)域23和第一電阻區(qū)段212形成肖特基二極管。
[0087]第二金屬層252布置在連接層21上方。第二金屬層252覆蓋了第一電阻區(qū)段212的一部分以及連接區(qū)段2^的一部分。第二金屬層252垂直地延伸穿過絕緣層24中的第一開口以便于電接觸連接區(qū)段21lt)第二金屬層252進(jìn)一步垂直地延伸穿過絕緣層24中的第二開口以便于電接觸二極管區(qū)域23。第二金屬層252由此經(jīng)由二極管區(qū)域23將連接區(qū)段21!電耦合至第一電阻區(qū)段212。由共用的柵極端子G提供的柵極電流隨后可以經(jīng)由二極管區(qū)域23和第一電阻區(qū)段212形成的ρη結(jié)而流動(dòng)。然而，ρη結(jié)僅允許沿一個(gè)方向的電流并且將阻斷沿另一方向的電流。
[0088]圖20示出了在截面C-C中穿過圖19的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)的垂直截面。如圖20可見，連接層21進(jìn)一步包括第二電阻區(qū)段213。第二電阻區(qū)段213鄰接連接區(qū)段2^并且沿水平方向從連接區(qū)段延伸。第二電阻區(qū)段213可以是與連接區(qū)段相同導(dǎo)電類型并且可以具有與連接區(qū)段相同摻雜濃度。第一電阻區(qū)段212和第二電阻區(qū)段213在圖20中所示實(shí)施例中均具有矩形形狀。然而，這僅是示例。第一電阻區(qū)段212和第二電阻區(qū)段213在圖20所示實(shí)施例中進(jìn)一步沿水平方向相互平行布置。這也僅是示例。第一電阻區(qū)段212和第二電阻區(qū)段213可以具有任何其他形狀并且可以以任何其他方式布置。
[0089]二極管區(qū)域23布置在第一電阻區(qū)段212的一個(gè)端部處。特別地，二極管區(qū)域23可以布置在最靠近連接區(qū)段2^的第一電阻區(qū)段212的端部處。然而，這僅是示例。二極管區(qū)域23可以布置在第一電阻區(qū)段212內(nèi)任何其他位置處。
[0090]圖21示出了在截面D-D中穿過圖19的柵極焊盤30結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。絕緣層24沿垂直方向布置在連接層21上方。僅為了解釋說明目的，第一和第二電阻區(qū)段212、213示出為在絕緣層24下方。第一金屬層251被布置為使得其電連接第一和第二電阻區(qū)段212、213。為了解釋說明目的，示出了絕緣層24中的開口 26i，第一金屬層過開口 26i沿垂直方向延伸到第一電阻區(qū)段212中。為了電接觸第二電阻區(qū)段213，第一金屬層25i可以垂直地延伸穿過絕緣層24中另一開口 264進(jìn)入第二電阻區(qū)段213中。該開口 264也為了解釋說明目的而示出。
[0091]如上所述的第二金屬層覆蓋了第一電阻區(qū)段212的一部分以及連接區(qū)段的一部分。第二金屬層252垂直地延伸穿過絕緣層24中的開口 263以便于電接觸連接區(qū)段21lt)第二金屬層252進(jìn)一步垂直地延伸穿過絕緣層24中的開口 262以便于電接觸第一電阻區(qū)段212。絕緣層24中的這些開口 262、263也為了解釋說明目的而示出。該示例中二極管區(qū)域23完全由第二金屬層252覆蓋。然而這僅是示例。二極管區(qū)域23也可以僅部分地由第二金屬層252覆蓋。
[0092]當(dāng)在第一金屬層25i (以及因此共用的柵極接觸G)與耦合至連接區(qū)段的晶體管單元(未示出)之間的柵極電流沿第一方向流動(dòng)時(shí)(其中第一電阻區(qū)段212內(nèi)的ρη結(jié)阻斷電流)，電流可以僅流過第二電阻區(qū)段213。當(dāng)柵極電流沿相反方向流動(dòng)時(shí)(其中ρη結(jié)允許電流流動(dòng))，電流流過第一和第二電阻區(qū)段212、213 二者。第一和第二電阻區(qū)段212、213均具有特定電阻值。當(dāng)沿一個(gè)方向的柵極電流僅流過一個(gè)電阻區(qū)段213時(shí)，得到的柵極電阻具有取決于該電阻區(qū)段213的幾何形狀的第一值。當(dāng)沿相反方向的電流均流過并聯(lián)的電阻區(qū)段212、213時(shí)，得到的柵極電阻則具有不同于第一值的第二值，該第二值取決于電阻區(qū)段212、213的幾何形狀。
[0093]例如，第一電阻區(qū)段212的柵極電阻值取決于柵極電流需要在開口 26ρ262之間穿過第一電阻區(qū)段212的距離I。該距離I越長，柵極電阻值越高。柵極電阻值進(jìn)一步取決于第一電阻區(qū)段212的寬度W?？梢酝ㄟ^合適地設(shè)置距離I和寬度w而獲得所需的柵極電阻值。如圖20和圖21所示的第一電阻區(qū)段212的幾何形狀僅是示例。第一電阻區(qū)段212可以具有適用于設(shè)置柵極電阻值的任何幾何形狀。
[0094]也可以通過合適地選擇第二電阻區(qū)段213的幾何形狀獲得第二電阻區(qū)段213的所需柵極電阻值。第二電阻區(qū)段213的柵極電阻值也取決于第二電阻區(qū)段213的長度和寬度。
[0095]在附圖22中，示意性示出了晶體管單元區(qū)域的晶體管單元。如上所述，連接層21通常覆蓋個(gè)體晶體管單元的大部分。每個(gè)晶體管單元可以如前所描述的那樣實(shí)施，例如借由圖15的方式。在附圖22中，僅示出了個(gè)體晶體管單元的源極區(qū)域221、222、223、224、225以及柵極電極18ρ182、183、184、185。柵極電極18” 182、183、184、185至少部分地由連接層21覆蓋。
[0096]在附圖23中，示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例內(nèi)，可以獲得針對個(gè)體晶體管單元的不同的柵極電阻值。每個(gè)個(gè)體單元的柵極電阻值取決于可用于柵極電流在連接層21和柵極電極18之間流動(dòng)的橫截面積。在如圖23所示實(shí)施例內(nèi)，連接層21包括與晶體管單元相鄰布置的開口 27。通過在連接層21中靠近個(gè)體晶體管單元的柵極電極18ρ182、183、184、185而插入開口 27，減小了柵極電流可以流過的橫截面積。開口 27以下將稱作多邊形開口。通過靠近晶體管單元僅插入一個(gè)多邊形開口，例如多邊形開口 2721或2751，以第一數(shù)量減小了那些晶體管單元的每一個(gè)的橫截面積，并且柵極電阻值由此增大特定數(shù)量。通過靠近一個(gè)晶體管單元插入更多多邊形開口，柵極電阻值可以增大甚至更多。然而這僅是示例。柵極電阻值不僅取決于多邊形開口的數(shù)目，也取決于每個(gè)多邊形開口的尺寸。
[0097]僅為了解釋說明目的，晶體管單元在如圖23所示實(shí)施例中具有方形形狀。然而這僅是示例。單個(gè)晶體管單元也可以實(shí)施具有除了方形形狀之外的其他形狀。此外，多邊形開口 27的幾何形狀僅是示例。多邊形開口 27也可以實(shí)施具有除了矩形形狀之外的其他形狀。
[0098]圖24示出了穿過具有多邊形開口晶體管單元的垂直截面圖。多邊形開口27i可以沿垂直方向從連接層21的頂表面102延伸到連接層21中。如果沿垂直方向多邊形開口 27i的深度對應(yīng)于連接層21的厚度X，則沒有電流可以從連接層21流向該區(qū)域中的柵極電極18。電流隨后僅可以流入其中連接層21并未具有任何多邊形開口 27i的區(qū)域中的柵極電極18中。如果多邊形開口 27i的深度小于連接層21的厚度X，則柵極電阻值也增大，因?yàn)榭捎糜跂艠O電流流向或者源自柵極電極18的截面積也增大。
[0099]圖25進(jìn)一步示出了具有源極區(qū)域22、柵極電極18以及多邊形開口 27p272、273、274的晶體管單元。多邊形開口 271、273和274如已經(jīng)借由圖23和圖24如前所描述的那樣實(shí)施。然而多邊形開口 272被實(shí)施為肖特基區(qū)域。肖特基區(qū)域是采用金屬層填充的多邊形開口 27。以此方式形成了肖特基二極管。由此可以針對每個(gè)個(gè)體晶體管單元的導(dǎo)通和關(guān)斷而獲得不同的柵極-電阻器值。除了例如布置在連接層21和共用的柵極接觸G之間的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)之外可以實(shí)施這些多邊形開口 27和肖特基區(qū)域。
[0100]諸如“之下”、“下方”、“下部”、“之上”、“上部”、“水平”、“垂直”等等的空間相對性術(shù)語用于便于描述以解釋一個(gè)元件相對于第二元件的位置。這些術(shù)語意在包括除了與附圖中所示那些不同取向之外的器件的不同取向。此外，諸如“第一”、“第二”等等的術(shù)語也用于描述各個(gè)元件、區(qū)域、區(qū)段等等，并且并非意在限定。說明書全文中相同術(shù)語涉及相同元件。
[0101]如在此使用的，術(shù)語“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等等是開放性術(shù)語，指示了所述元件或特征的存在，但是不排除附加的元件或特征。冠詞“一”、“一個(gè)”和“該”意在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文明確給出相反指示。
[0102]盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)該理解的是可以不脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍而做出各種改變、替換和變更?？紤]到變形和應(yīng)用的如上范圍，應(yīng)該理解的是本發(fā)明不由前述說明書限定，也不由附圖限定。替代地，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求及其法律等價(jià)形式而限定。
【權(quán)利要求】
1.一種晶體管器件，包括: 至少一個(gè)個(gè)體晶體管單元，布置在半導(dǎo)體本體上的晶體管單元域中，所述至少一個(gè)個(gè)體晶體管單元的每一個(gè)包括柵極電極； 柵極接觸，電耦合至所述晶體管單元的所述柵極電極，并且被配置用于通過提供沿第一方向的柵極電流來導(dǎo)通所述至少一個(gè)晶體管單元、以及通過提供沿第二方向的柵極電流來關(guān)斷所述至少一個(gè)晶體管單元，所述第二方向與所述第一方向相反；以及 至少一個(gè)柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，單片地集成在所述晶體管器件中，所述柵極-電阻器結(jié)構(gòu)在所述柵極電流沿所述第一方向流動(dòng)時(shí)針對所述柵極電流提供第一電阻，以及當(dāng)所述柵極電流沿所述第二方向流動(dòng)時(shí)針對所述柵極電流提供不同于所述第一電阻的第二電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管器件，其中，柵極-電阻器結(jié)構(gòu)布置在所述柵極接觸與所述至少一個(gè)晶體管單元的所述柵極電極之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管器件，進(jìn)一步包括連接層，所述連接層具有頂表面并且被配置用于將所述柵極接觸電耦合至所述晶體管單元的所述柵極電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體管器件，其中，柵極-電阻器結(jié)構(gòu)布置在所述柵極接觸與所述連接層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體管器件，其中，柵極-電阻器結(jié)構(gòu)布置在所述連接層與所述至少一個(gè)晶體管單元的所述柵極電極之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體管器件，進(jìn)一步包括接觸層，所述接觸層布置在所述連接層的所述頂表面上，并且形成所述柵極接觸或者電連接至所述柵極接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶體管器件，其中，所述柵極-電阻器結(jié)構(gòu)至少部分地由所述接觸層覆蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶體管器件，其中，所述接觸層被布置為遠(yuǎn)離所述至少一個(gè)晶體管單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管器件，其中，所述晶體管單元的所述柵極電極是第一導(dǎo)電類型或第二導(dǎo)電類型，并且包括頂表面，以及其中所述柵極-電阻器結(jié)構(gòu)包括: 所述第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，沿垂直方向從所述頂表面延伸到所述柵極電極中； 所述第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域相鄰布置，由此與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域形成Pn結(jié)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域沿垂直方向布置在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域下方； 第二絕緣層，被布置用于將所述第一半導(dǎo)體區(qū)域與周圍的所述柵極電極絕緣；以及接觸層，被布置在所述柵極電極的所述頂表面上，覆蓋所述第一半導(dǎo)體區(qū)域以電連接所述第一半導(dǎo)體區(qū)域，并且附加地覆蓋所述柵極電極的所述頂表面的沿水平方向位于所述第一半導(dǎo)體區(qū)域旁邊的部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶體管器件，其中，所述連接層是第一導(dǎo)電類型或第二導(dǎo)電類型，以及其中所述柵極-電阻器結(jié)構(gòu)包括: 所述第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，沿垂直方向從所述連接層的所述頂表面延伸到所述連接層中； 所述第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域相鄰布置，由此與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域形成pn結(jié)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域沿垂直方向布置在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域下方； 絕緣層，被布置用于將所述第一半導(dǎo)體區(qū)域與周圍的所述連接層絕緣；以及 接觸層，布置在所述連接層的所述頂表面上，覆蓋所述第一半導(dǎo)體區(qū)域以電連接所述第一半導(dǎo)體區(qū)域，并且附加地覆蓋所述連接層的所述頂表面的沿水平方向位于所述第一半導(dǎo)體區(qū)域旁邊的的部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶體管器件，其中，所述柵極-電阻器結(jié)構(gòu)包括: 第一導(dǎo)電類型或第二導(dǎo)電類型的第一電阻區(qū)段，所述第一電阻區(qū)段包括頂表面； 第二電阻區(qū)段，電耦合在所述連接層與所述柵極接觸之間； 絕緣層，被布置用于將所述第一電阻區(qū)段與所述第二電阻區(qū)段絕緣；以及 第一二極管區(qū)域，沿垂直方向從所述第一電阻區(qū)段的所述頂表面延伸到所述第一電阻區(qū)段中，所述第一二極管區(qū)域和所述第一電阻區(qū)段串聯(lián)耦合在所述連接層和所述柵極接觸之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的晶體管器件，其中，所述二極管區(qū)域耦合在所述柵極接觸和所述第一電阻區(qū)段之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的晶體管器件，其中，所述二極管區(qū)域耦合在所述連接層和所述第一電阻區(qū)段之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的晶體管器件，其中，所述二極管區(qū)域的導(dǎo)電類型不同于所述第一電阻區(qū)段的導(dǎo)電類型，由此與所述第一電阻區(qū)段形成pn結(jié)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的晶體管器件，其中，所述二極管區(qū)域和所述第一電阻區(qū)段形成肖特基接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體管器件，其中，所述連接層包括靠近至少一個(gè)晶體管單元的至少一個(gè)開口，所述開口被配置用于減小所述柵極電流可以在相應(yīng)的所述晶體管單元的所述柵極電極與所述連接層之間流過的截面面積。
17.一種半導(dǎo)體本體上的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體本體包括第一導(dǎo)電類型或第二導(dǎo)電類型的柵極電極，所述柵極電極包括頂表面，所述柵極結(jié)構(gòu)包括: 所述第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，沿垂直方向從所述頂表面延伸到所述柵極電極中； 所述第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域相鄰布置，由此與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域形成Pn結(jié)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域沿垂直方向布置在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域下方； 絕緣層，被布置用于將所述第一半導(dǎo)體區(qū)域與周圍的所述柵極電極絕緣； 接觸層，被布置在所述頂表面上，覆蓋所述第一半導(dǎo)體區(qū)域以電連接所述第一半導(dǎo)體區(qū)域，并且附加地覆蓋所述頂表面的沿水平方向位于所述第一半導(dǎo)體區(qū)域旁邊的部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括與所述柵極電極相同導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域，所述第三半導(dǎo)體區(qū)域沿水平方向與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域相鄰布置并且通過所述絕緣層與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域絕緣。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括: 第四半導(dǎo)體區(qū)域，其導(dǎo)電類型不同于所述第三半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電類型并且不同于所述第二半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電類型，所述第四半導(dǎo)體區(qū)域與所述第三半導(dǎo)體區(qū)域相鄰布置，由此與所述第三半導(dǎo)體區(qū)域形成Pn結(jié)，并且沿垂直方向布置在所述第三半導(dǎo)體區(qū)域下方，并且所述第四半導(dǎo)體區(qū)域通過所述絕緣層與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域絕緣；以及第二絕緣層，被布置用于將所述第三半導(dǎo)體區(qū)域與所述柵極電極絕緣。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，其中，所述柵極電極是多晶硅層。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，其中，所述第三半導(dǎo)體區(qū)域沿水平方向圍繞所述第一半導(dǎo)體區(qū)域和所述絕緣層。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，其中，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域包括第一數(shù)目的第一子區(qū)域，并且其中所述第一子區(qū)域的每一個(gè)沿垂直方向從所述頂表面延伸到所述柵極電極中。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，其中，所述第二絕緣層包括多個(gè)第一子層，每個(gè)子層將一個(gè)所述第一子區(qū)域與所述柵極電極絕緣。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，其中，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域包括第二數(shù)目的第二子區(qū)域，所述第二數(shù)目等于所述第一數(shù)目，并且其中所述第一子區(qū)域的每一個(gè)具有沿垂直方向與其相鄰布置的第二子區(qū)域，由此形成多個(gè)pn結(jié)。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，其中，所述接觸層包括多個(gè)第二子層，并且其中每個(gè)第二子層布置在鄰接所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的一部分的所述頂表面上。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，其中，所述接觸層包括多個(gè)第二子層，并且其中每個(gè)第二子層布置在與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的一部分和所述第三半導(dǎo)體區(qū)域的一部分中的至少一個(gè)相鄰的所述頂表面上。
27.—種半導(dǎo)體本體上的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體本體包括多個(gè)晶體管單元以及第一導(dǎo)電類型或第二導(dǎo)電類型的連接層，所述連接層包括頂表面并且被配置為電耦合至所述多個(gè)晶體管單元，其中所述柵極-電阻器結(jié)構(gòu)包括: 所述第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，沿垂直方向從所述頂表面延伸到所述連接層中； 所述第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域相鄰布置，由此與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域形成Pn結(jié)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域沿垂直方向布置在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域下方； 絕緣層，被布置用于將所述第一半導(dǎo)體區(qū)域與周圍的所述連接層絕緣；以及接觸層，布置在所述頂表面上，覆蓋所述第一半導(dǎo)體區(qū)域以電連接所述第一半導(dǎo)體區(qū)域，并且附加地覆蓋所述頂表面的沿水平方向位于所述第一半導(dǎo)體區(qū)域旁邊的部分。
28.一種半導(dǎo)體本體上的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，所述柵極-電阻器結(jié)構(gòu)包括: 第一導(dǎo)電類型或第二導(dǎo)電類型的第一電阻區(qū)段，所述第一電阻區(qū)段包括頂表面； 第二電阻區(qū)段，電耦合在連接層與柵極接觸之間，所述連接層被配置為耦合至多個(gè)晶體管單元，并且所述柵極接觸被配置用于通過提供沿第一方向的柵極電流來導(dǎo)通所述多個(gè)晶體管單元、以及通過提供沿第二方向的柵極電流來關(guān)斷所述多個(gè)晶體管單元，所述第二方向與所述第一方向相反； 第一絕緣層，被布置用于將所述連接層、所述第一電阻區(qū)段和所述第二電阻區(qū)段與所述半導(dǎo)體本體絕緣； 第二絕緣層，被布置用于將所述第一電阻區(qū)段與所述連接層和所述第二電阻區(qū)段絕緣；以及 第一二極管區(qū)域，沿垂直方向從所述第一電阻區(qū)段的所述頂表面延伸到所述第一電阻區(qū)段中，所述第一二極管區(qū)域和所述第一電阻區(qū)段串聯(lián)耦合在所述連接層和所述柵極接觸之間。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，其中，第一接觸層被布置用于將所述第一電阻區(qū)段電耦合至所述第二電阻區(qū)段。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，其中，第二接觸層被布置用于將所述第一二極管區(qū)域電耦合至所述連接區(qū)段。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，其中，所述第一電阻結(jié)構(gòu)具有第一電阻值，所述第一電阻值取決于所述第一電阻結(jié)構(gòu)的長度和寬度。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的柵極-電阻器結(jié)構(gòu)，其中，所述第二電阻結(jié)構(gòu)具有第二電阻值，所述第二電阻值取決于所述第二電阻結(jié)構(gòu)的長度和寬度。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK104347713SQ201410355587
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月25日
【發(fā)明者】S·福斯, P·蒂爾克斯, H·許斯肯 申請人:英飛凌科技股份有限公司