半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其操作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其操作方法。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一摻雜區(qū)、第二摻雜區(qū)、第三摻雜區(qū)、第四摻雜區(qū)與第一柵結(jié)構(gòu)；第一摻雜區(qū)具有第一導(dǎo)電型；第二摻雜區(qū)圍住第一摻雜區(qū)并具有相反于第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型；第三摻雜區(qū)具有第一導(dǎo)電型；第四摻雜區(qū)具有第二導(dǎo)電型；第一柵結(jié)構(gòu)位于第二摻雜區(qū)上；第三摻雜區(qū)與第四摻雜區(qū)分別位于第一柵結(jié)構(gòu)的相反側(cè)上的第二摻雜區(qū)與第一摻雜區(qū)中。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其操作方法，特別是有關(guān)于絕緣柵雙極晶體管(IGBT)及其操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在近幾十年間，半導(dǎo)體業(yè)界持續(xù)縮小半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的尺寸，并同時(shí)改善速率、效能、密度及集成電路的單位成本。
[0003]縮小裝置面積通常會(huì)嚴(yán)重犧牲半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電性效能。為了維持半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電性效能，在操作上，必須避免高壓裝置區(qū)的高電壓、漏電流影響到低壓裝置，而降低裝置的操作效能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一摻雜區(qū)、第二摻雜區(qū)、第三摻雜區(qū)、第四摻雜區(qū)與第一柵結(jié)構(gòu)；第一摻雜區(qū)具有第一導(dǎo)電型；第二摻雜區(qū)圍住第一摻雜區(qū)并具有相反于第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型；第三摻雜區(qū)具有第一導(dǎo)電型；第四摻雜區(qū)具有第二導(dǎo)電型；第一柵結(jié)構(gòu)位于第二摻雜區(qū)上；第三摻雜區(qū)與第四摻雜區(qū)分別位于第一柵結(jié)構(gòu)的相反側(cè)上的第二摻雜區(qū)與第一摻雜區(qū)中。
[0005]本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作方法，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一摻雜區(qū)、第二摻雜區(qū)、第三摻雜區(qū)、第四摻雜區(qū)與第一柵結(jié)構(gòu)；第一摻雜區(qū)具有第一導(dǎo)電型；第二摻雜區(qū)圍住第一摻雜區(qū)并具有相反于第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型；第三摻雜區(qū)具有第一導(dǎo)電型；第四摻雜區(qū)具有第二導(dǎo)電型；第一柵結(jié)構(gòu)位于第二摻雜區(qū)上；第三摻雜區(qū)與第四摻雜區(qū)分別位于第一柵結(jié)構(gòu)的相反側(cè)上的第二摻雜區(qū)與第一摻雜區(qū)中；半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作方法包括以下步驟:施加第一偏壓至第一柵結(jié)構(gòu)；將第四摻雜區(qū)耦接至第一電極，第一電極是陽(yáng)極與陰極其中之一；將第二摻雜區(qū)與第三摻雜區(qū)耦接至第二電極，第二電極是陽(yáng)極與陰極其中之另一。
[0006]下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下:
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0008]圖2繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0009]圖3繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0010]圖4繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0011]圖5繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0012]圖6繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0013]圖7繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0014]圖8繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。[0015]圖9繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0016]圖10繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0017]圖11繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0018]圖12繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0019]圖13顯示半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電性。
[0020]圖14顯示實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電性。
[0021]圖15繪示應(yīng)用實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0022]【主要元件符號(hào)說(shuō)明】
[0023]102~第一摻雜區(qū)；104~摻雜阱；106~摻雜阱；108~第二摻雜區(qū)；110~摻雜阱；112~埋摻雜層；114~摻雜阱；116~第一摻雜層；118~摻雜接觸區(qū)；120~第三摻雜區(qū)；122~第四摻雜區(qū)；124~第一柵結(jié)構(gòu)；126、426A、426B、726、1026A、1026B~第五摻雜區(qū)；128~摻雜接觸區(qū)；130~摻雜阱；132~摻雜阱;134、434A、434B、1034A、1034B~埋摻雜層；136~摻雜阱；138~摻雜接觸區(qū)；140~第六摻雜區(qū)；142~襯底；144~埋摻雜區(qū)；146~摻雜阱；148~第二摻雜層；150~摻雜接觸區(qū)；152~摻雜接觸區(qū)；154~第二柵結(jié)構(gòu)；156~頂摻雜層；158~隔離層；160~隔離層；162~導(dǎo)電層；164~電極；166~電極；168~電極；170~電極；172~電極；174~隔離層;276、376、576、676、876、1176~深溝道隔離；378、678~埋絕緣層；780~摻雜接觸區(qū)；782~電極；978~埋絕緣層。
【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1繪示根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。第一摻雜區(qū)102可包括鄰接的摻雜阱104與摻雜阱106。于一實(shí)施例中，摻雜阱104與摻雜阱106具有第一導(dǎo)電型例如N導(dǎo)電型。舉例來(lái)說(shuō)，摻雜阱104是高壓N型阱(HVNW)。
[0025]第二摻雜區(qū)108可包括鄰接的摻雜阱110、埋摻雜層112、摻雜阱114、第一摻雜層116與摻雜接觸區(qū)118。于一實(shí)施例中，摻雜阱110、埋摻雜層112、摻雜阱114、第一摻雜層116與摻雜接觸區(qū)118具有相反于第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型例如P導(dǎo)電型。舉例來(lái)說(shuō)，摻雜阱110與摻雜阱114是高壓P型摻雜區(qū)(HVPD)。摻雜接觸區(qū)118是重?fù)诫s的(P+)。
[0026]于實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)108的摻雜阱110、埋摻雜層112、摻雜阱114、第一摻雜層116與摻雜接觸區(qū)118是圍住第一摻雜區(qū)102的摻雜阱104與摻雜阱106。
[0027]第三摻雜區(qū)120位于第二摻雜區(qū)108的摻雜阱114、第一摻雜層116與摻雜接觸區(qū)118之間。于一實(shí)施例中，第三摻雜區(qū)120具有第一導(dǎo)電型例如N導(dǎo)電型。舉例來(lái)說(shuō)，第三摻雜區(qū)120是重?fù)诫s的(N+)接觸區(qū)。
[0028]第四摻雜區(qū)122配置在第一摻雜區(qū)102的摻雜阱106中。于一實(shí)施例中，第四摻雜區(qū)122具有第二導(dǎo)電型例如P導(dǎo)電型。舉例來(lái)說(shuō)，第四摻雜區(qū)122是重?fù)诫s的(P+)接觸區(qū)。
[0029]第一柵結(jié)構(gòu)124位于摻雜阱104與第三摻雜區(qū)120之間的摻雜阱114上。
[0030]第五摻雜區(qū)126可包括鄰接的摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132、埋摻雜層134與摻雜阱136。于一實(shí)施例中，摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132、埋摻雜層134與摻雜阱136具有第一導(dǎo)電型例如N導(dǎo)電型。舉例來(lái)說(shuō)，摻雜接觸區(qū)128是重?fù)诫s的(N+)。摻雜阱136是高壓N型阱(HVNW)。于一實(shí)施例中，第五摻雜區(qū)126的摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132、埋摻雜層134與摻雜阱136是圍住第二摻雜區(qū)108，如圖1所示。
[0031]第六摻雜區(qū)140可包括鄰接的襯底142、埋摻雜區(qū)144、摻雜阱146、第二摻雜層148與摻雜接觸區(qū)150。于一實(shí)施例中，襯底142、埋摻雜區(qū)144、摻雜阱146、第二摻雜層148與摻雜接觸區(qū)150具有第二導(dǎo)電型例如P導(dǎo)電型。舉例來(lái)說(shuō)，摻雜阱146是高壓摻雜阱(HVPD)。摻雜接觸區(qū)150是重?fù)诫s的(P+)。
[0032]摻雜接觸區(qū)138配置在第二摻雜區(qū)108的摻雜阱114、第一摻雜層116與摻雜接觸區(qū)118之間。于一實(shí)施例中,摻雜接觸區(qū)138具有第一導(dǎo)電型例如N導(dǎo)電型。舉例來(lái)說(shuō),摻雜接觸區(qū)138是重?fù)诫s的(N+)。
[0033]摻雜接觸區(qū)152配置在第六摻雜區(qū)140的摻雜阱146、第二摻雜層148與摻雜接觸區(qū)150之間。于一實(shí)施例中,摻雜接觸區(qū)152具有第一導(dǎo)電型例如N導(dǎo)電型。舉例來(lái)說(shuō),摻雜接觸區(qū)152是重?fù)诫s的(N+)。
[0034]第二柵結(jié)構(gòu)154配置在摻雜接觸區(qū)138與摻雜接觸區(qū)152之間的摻雜阱114、摻雜阱136與摻雜阱146上。
[0035]頂摻雜層156可配置在隔離層158與第一摻雜區(qū)102的摻雜阱104之間。于一實(shí)施例中，頂摻雜層156具有第二導(dǎo)電型例如P導(dǎo)電型。導(dǎo)電層162可配置在隔離層158上。導(dǎo)電層162可包括多晶硅。隔離層160可配置在第二摻雜區(qū)108的摻雜阱110上。隔離層158與隔離層160并不限于圖1所示的場(chǎng)氧化物(FOX)，也可使用其他合適的絕緣結(jié)構(gòu)，例如淺溝道隔離等。
[0036]于實(shí)施例中，第三摻雜區(qū)120、摻雜接觸區(qū)138與第二摻雜區(qū)108的摻雜接觸區(qū)118可耦接電極168例如陰極，電壓可為OV例如接地。第四摻雜區(qū)122、導(dǎo)電層162與第五摻雜區(qū)126的摻雜接觸區(qū)128可耦接至電極164例如陽(yáng)極，電壓可介于OV?700V。第一柵結(jié)構(gòu)124可耦接至提供例如OV?15V偏壓的電極166。第二柵結(jié)構(gòu)154可耦接至提供OV?15V偏壓的電極170。摻雜接觸區(qū)152與第六摻雜區(qū)140的摻雜接觸區(qū)150可耦接至電極172例如陰極，電壓可為OV例如接地。
[0037]于實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是用作絕緣柵雙極晶體管(IGBT)裝置。舉例來(lái)說(shuō)，第一柵結(jié)構(gòu)124是用作IGBT的柵極，第四摻雜區(qū)122是耦接至IGBT的陽(yáng)極例如電極164，第三摻雜區(qū)120是耦接至IGBT的陰極例如電極168。摻雜阱114耦接至位于摻雜阱104下方的埋摻雜層112與位于摻雜阱130與摻雜阱106之間的摻雜阱110。高壓操作IGBT裝置過(guò)程中，電極164(陽(yáng)極)抬壓形成反轉(zhuǎn)層，反轉(zhuǎn)層造成的空穴流能局限在第二導(dǎo)電型例如P導(dǎo)電型的埋摻雜層112與摻雜阱110中，避免空穴流通過(guò)襯底142而影響附近的其他裝置例如低壓(LV)裝置。
[0038]第二柵結(jié)構(gòu)154可用作雙重?cái)U(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(DMOS)的柵極，用以控制通道形成在鄰近于摻雜接觸區(qū)152的摻雜阱146中，與鄰近于摻雜接觸區(qū)138的摻雜阱114中。于實(shí)施例中，IGBT裝置可通過(guò)第二柵結(jié)構(gòu)154形成通道而導(dǎo)通的摻雜接觸區(qū)152、摻雜接觸區(qū)138、摻雜阱136、埋摻雜層134、摻雜阱132、摻雜阱130、摻雜接觸區(qū)128來(lái)提供額外的電流通道，亦即IGBT裝置具有多個(gè)電流通道(mult1-channel)，以提升IGBT裝置的陽(yáng)極(電極164)電流。此外，第一導(dǎo)電型例如N導(dǎo)電型的摻雜阱136、埋摻雜層134、摻雜阱132、摻雜阱130、摻雜接觸區(qū)128與第二導(dǎo)電型例如P導(dǎo)電型的摻雜阱114、埋摻雜層112、摻雜阱110之間的PN界面能進(jìn)一步將高壓操作IGBT裝置過(guò)程中，反轉(zhuǎn)層造成的空穴流能局限在埋摻雜層112與摻雜阱110中，避免空穴流通過(guò)襯底142而影響附近的其他裝置例如低壓(LV)裝置。于實(shí)施例中，IGBT裝置具有低的開(kāi)啟電壓(turn on voltage),并具有低的開(kāi)啟電阻(turn on resistance ;Rdson_sp)。
[0039]位于摻雜接觸區(qū)118、第三摻雜區(qū)120、摻雜接觸區(qū)138與摻雜阱114之間的第一摻雜層116，以及位于摻雜接觸區(qū)150、摻雜接觸區(qū)152與摻雜阱146之間的第二摻雜層148能避免操作裝置過(guò)程中發(fā)生隧穿效應(yīng)(punch through)。
[0040]圖2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，圖1中的隔離層174是由包圍有源區(qū)域的深溝道隔離276所取代。舉例來(lái)說(shuō)，深溝道隔離276可位于摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132與埋摻雜層134的側(cè)邊上，并可延伸至埋摻雜層134下方的襯底142中。此外，深溝道隔離276可位于摻雜阱146與埋摻雜區(qū)144的側(cè)邊上，并可延伸至埋摻雜區(qū)144下方的襯底142中。深溝道隔離276可抑制(suppress)HV IGBT裝置與其他例如CMOS裝置之間的襯底電流。深溝道隔離276可由介電材料形成。
[0041]圖3的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，埋絕緣層378配置在第五摻雜區(qū)126的埋摻雜層134下方。摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132與埋摻雜層134的側(cè)邊上的深溝道隔離376與埋摻雜區(qū)144與摻雜阱146的側(cè)邊上的深溝道隔離376鄰接在埋絕緣層378上。于一些實(shí)施例中，深溝道隔離376可延伸至埋絕緣層378中。深溝道隔離376與埋絕緣層378可由介電材料形成。深溝道隔離376與埋絕緣層378可抑制IGBT裝置與其他例如CMOS裝置之間的襯底電流。
[0042]圖4的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，第五摻雜區(qū)426A包括鄰接的摻雜阱136與埋摻雜層434A。第五摻雜區(qū)426B包括鄰接的摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132、埋摻雜層434B。摻雜阱136、埋摻雜層434A、摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132、埋摻雜層434B具有第一導(dǎo)電型例如N導(dǎo)電型。埋摻雜層434A與埋摻雜層434B通過(guò)鄰接的第二摻雜區(qū)108的埋摻雜層112與第六摻雜區(qū)140的襯底142互相分開(kāi)。于一實(shí)施例中，襯底142可接地，而操作IGBT裝置過(guò)程中反轉(zhuǎn)層造成的空穴流可穿過(guò)埋摻雜層434A與埋摻雜層434B之間的埋摻雜層112中而收集至襯底142。
[0043]圖5的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖4的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，圖4中的隔離層174是由包圍有源區(qū)域的深溝道隔離576所取代。舉例來(lái)說(shuō)，深溝道隔離576可位于摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132與埋摻雜層434B的側(cè)邊上，并可延伸至埋摻雜層434B下方的襯底142中。此外，深溝道隔離576可位于摻雜阱146與埋摻雜區(qū)144的側(cè)邊上，并可延伸至埋摻雜區(qū)144下方的襯底142中。深溝道隔離576可抑制(suppress)HV IGBT裝置與其他例如CMOS裝置之間的襯底電流。
[0044]圖6的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖5的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，埋絕緣層678配置在第五摻雜區(qū)426B的埋摻雜層434B下方。摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132與埋摻雜層434B的側(cè)邊上的深溝道隔離676與埋摻雜區(qū)144與摻雜阱146的側(cè)邊上的深溝道隔離676鄰接在埋絕緣層678上。于一些實(shí)施例中，深溝道隔離676可延伸至埋絕緣層678中。深溝道隔離676與埋絕緣層678可抑制IGBT裝置與其他例如CMOS裝置之間的襯底電流。
[0045]圖7的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，省略了圖1中的第二柵結(jié)構(gòu)154、摻雜接觸區(qū)138、摻雜接觸區(qū)152與第二摻雜層148。第五摻雜區(qū)726可包括鄰接的摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132、埋摻雜層134與摻雜阱136與摻雜接觸區(qū)780。于一實(shí)施例中，摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132、埋摻雜層134與摻雜阱136與摻雜接觸區(qū)780具有第一導(dǎo)電型例如N導(dǎo)電型。舉例來(lái)說(shuō)，摻雜接觸區(qū)780是重?fù)诫s的(N+)。于一實(shí)施例中，第五摻雜區(qū)726的摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132、埋摻雜層134與摻雜阱136與摻雜接觸區(qū)780是圍住第二摻雜區(qū)108，如圖7所示。
[0046]請(qǐng)參照?qǐng)D7，于實(shí)施例中，摻雜阱146上的摻雜接觸區(qū)150是耦接至電極172例如陰極，電壓可為OV例如接地。摻雜接觸區(qū)780是耦接至電極782例如陰極，電壓可介于OV?15V。第一摻雜層116上的摻雜接觸區(qū)118與第三摻雜區(qū)120是耦接至電極168例如陰極，電壓可為OV例如接地。第一柵結(jié)構(gòu)124可耦接至提供例如OV?15V偏壓的電極166。第四摻雜區(qū)122、導(dǎo)電層162與第五摻雜區(qū)726的摻雜接觸區(qū)128可耦接至電極164例如陽(yáng)極，電壓可介于OV?700V。
[0047]于實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是用作絕緣柵雙極晶體管(IGBT)裝置。舉例來(lái)說(shuō)，第一柵結(jié)構(gòu)124是用作IGBT的柵極，第四摻雜區(qū)122是耦接至IGBT的陽(yáng)極例如電極164，第三摻雜區(qū)120是耦接至IGBT的陰極例如電極168。摻雜阱114耦接至位于摻雜阱104下方的埋摻雜層112與位于摻雜阱130與摻雜阱106之間的摻雜阱110。高壓操作IGBT裝置過(guò)程中，電極164(陽(yáng)極)抬壓形成反轉(zhuǎn)層，反轉(zhuǎn)層造成的空穴流能局限在第二導(dǎo)電型例如P導(dǎo)電型的埋摻雜層112與摻雜阱110中，避免空穴流通過(guò)襯底142而影響附近的其他裝置例如低壓(LV)裝置。
[0048]于實(shí)施例中，IGBT裝置可通過(guò)相對(duì)末端分別耦接至陽(yáng)極例如電極164與陰極例如電極782的第五摻雜區(qū)726來(lái)提供額外的電流通道，亦即IGBT裝置具有多個(gè)電流通道(mult1-channel)，以提升IGBT裝置的陽(yáng)極(電極164)電流。此外，第一導(dǎo)電型例如N導(dǎo)電型的第五摻雜區(qū)726與第二導(dǎo)電型例如P導(dǎo)電型的第二摻雜區(qū)108之間的PN界面能進(jìn)一步將高壓操作IGBT裝置過(guò)程中，反轉(zhuǎn)層造成的空穴流能局限在埋摻雜層112與摻雜阱110中，避免空穴流通過(guò)襯底142而影響附近的其他裝置例如低壓(LV)裝置。于實(shí)施例中，IGBT裝置具有低的開(kāi)啟電壓(turn on voltage),并具有低的開(kāi)啟電阻(turn on resistance ；Rdson-sp)。
[0049]圖8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖7的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，圖7中的隔離層174是由包圍有源區(qū)域的深溝道隔離876所取代。舉例來(lái)說(shuō)，深溝道隔離876可位于摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132與埋摻雜層134的側(cè)邊上，并可延伸至埋摻雜層134下方的襯底142中。此外，深溝道隔離876可位于摻雜阱146與埋摻雜區(qū)144的側(cè)邊上，并可延伸至埋摻雜區(qū)144下方的襯底142中。深溝道隔離876可抑制(suppress)HV IGBT裝置與其他例如CMOS裝置之間的襯底電流。
[0050]圖9的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，埋絕緣層978配置在第五摻雜區(qū)726的埋摻雜層134下方。摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132與埋摻雜層134的側(cè)邊上的深溝道隔離876與埋摻雜區(qū)144與摻雜阱146的側(cè)邊上的深溝道隔離876鄰接在978上。于一些實(shí)施例中，深溝道隔離876可延伸至埋絕緣層978中。深溝道隔離876與埋絕緣層978可抑制IGBT裝置與其他例如CMOS裝置之間的襯底電流。
[0051]圖10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，第五摻雜區(qū)1026A包括鄰接的摻雜阱136與埋摻雜層1034A。第五摻雜區(qū)1026B包括鄰接的摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132、埋摻雜層1034B。摻雜阱136、埋摻雜層1034A、摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132、埋摻雜層1034B具有第一導(dǎo)電型例如N導(dǎo)電型。埋摻雜層1034A與埋摻雜層1034B通過(guò)鄰接的108的埋摻雜層112與第六摻雜區(qū)140的襯底142互相分開(kāi)。于一實(shí)施例中，襯底142可接地，而操作IGBT裝置過(guò)程中反轉(zhuǎn)層造成的空穴流可穿過(guò)埋摻雜層1034A與埋摻雜層1034B之間的埋摻雜層112中而收集至襯底142。
[0052]圖11的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，埋絕緣層1178配置在第五摻雜區(qū)1026B的埋摻雜層1034B下方。摻雜接觸區(qū)128、摻雜阱130、摻雜阱132與埋摻雜層1034B的側(cè)邊上的深溝道隔離1176與埋摻雜區(qū)144與摻雜阱146的側(cè)邊上的深溝道隔離1176鄰接在埋絕緣層1178上。于一些實(shí)施例中，深溝道隔離1176可延伸至埋絕緣層1178中。深溝道隔離1176與埋絕緣層1178可抑制IGBT裝置與其他例如CMOS裝置之間的襯底電流。
[0053]在實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可操作為IBGT，電性可如圖12所示，崩潰電壓約900伏。圖13的結(jié)果顯示，一般IGBT (比較例)在低壓狀況下的襯底漏電流大，這會(huì)影響鄰近裝置例如低壓裝置。實(shí)施例的單通道(singlechannel)(亦即沒(méi)有使用用作DMOS的柵極的第二柵結(jié)構(gòu))的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在低陽(yáng)極電流的情況下具有低的襯底漏電流。實(shí)施例中多通道(亦即具有用作DMOS的柵極的第二柵結(jié)構(gòu))的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在沒(méi)有提高襯底漏電流的情況下能具有較高的陽(yáng)極電流。圖14的結(jié)果顯示，實(shí)施例中多通道(亦即具有用作DMOS的柵極的第二柵結(jié)構(gòu))的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在沒(méi)有提高襯底漏電流的情況下能具有較高的陽(yáng)極電流。實(shí)施例的IGBT半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可用以提供高的輸出電流，可應(yīng)用至馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，如圖15所示。
[0054]實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視隨附的權(quán)利要求范圍所界定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括: 一第一摻雜區(qū)，具有一第一導(dǎo)電型； 一第二摻雜區(qū)，圍住該第一摻雜區(qū)并具有相反于該第一導(dǎo)電型的一第二導(dǎo)電型； 一第三摻雜區(qū)，具有該第一導(dǎo)電型； 一第四摻雜區(qū)，具有該第二導(dǎo)電型；以及 一第一柵結(jié)構(gòu)，位于該第二摻雜區(qū)上，其中該第三摻雜區(qū)與該第四摻雜區(qū)分別位于該第一柵結(jié)構(gòu)的相反側(cè)上的該第二摻雜區(qū)與該第一摻雜區(qū)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，更包括一第五摻雜區(qū)，具有該第一導(dǎo)電型，其中該第五摻雜區(qū)包圍該第二摻雜區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該第五摻雜區(qū)位于該第二摻雜區(qū)的相對(duì)側(cè)上的部分是分別耦接至一陽(yáng)極與一陰極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，更包括: 一摻雜接觸區(qū)，具有該第一導(dǎo)電型，其中該第二摻雜區(qū)介于該第五摻雜區(qū)與該摻雜接觸區(qū)之間；以及 一第二柵結(jié)構(gòu)，位于該第五摻雜區(qū)鄰近該摻雜接觸區(qū)的部分上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，更包括多個(gè)第五摻雜區(qū)，具有該第一導(dǎo)電型，其中位于該第二摻雜區(qū)的相反側(cè)上的該多個(gè)第五摻雜區(qū)是分別耦接至一陽(yáng)極與一陰極。
6.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 的操作方法，其中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括: 一第一摻雜區(qū)，具有一第一導(dǎo)電型； 一第二摻雜區(qū)，圍住該第一摻雜區(qū)并具有相反于該第一導(dǎo)電型的一第二導(dǎo)電型； 一第三摻雜區(qū)，具有該第一導(dǎo)電型； 一第四摻雜區(qū)，具有該第二導(dǎo)電型；以及 一第一柵結(jié)構(gòu)，位于該第二摻雜區(qū)上，其中該第三摻雜區(qū)與該第四摻雜區(qū)分別位于該第一柵結(jié)構(gòu)的相反側(cè)上的該第二摻雜區(qū)與該第一摻雜區(qū)中， 該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作方法包括: 施加一第一偏壓至該第一柵結(jié)構(gòu)； 將該第四摻雜區(qū)是耦接至一第一電極，該第一電極是一陽(yáng)極與一陰極其中之一；以及將該第二摻雜區(qū)與該第三摻雜區(qū)耦接至一第二電極，該第二電極是該陽(yáng)極與該陰極其中之另一。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作方法，其中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)更包括一第五摻雜區(qū)具有該第一導(dǎo)電型并包圍該第二摻雜區(qū)，其中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作方法更包括將該第五摻雜區(qū)位于該第二摻雜區(qū)的相對(duì)側(cè)上的部分分別耦接至該第一電極與該第二電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作方法，其中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)更包括: 一摻雜接觸區(qū)，具有該第一導(dǎo)電型，其中該第二摻雜區(qū)介于該第五摻雜區(qū)與該摻雜接觸區(qū)之間；以及 一第二柵結(jié)構(gòu)，位于該第五摻雜區(qū)鄰近該摻雜接觸區(qū)的部分上，其中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作方法更包括: 施加一第二偏壓至該第二柵結(jié)構(gòu)； 將該第五摻雜區(qū)耦接至該第一電極；以及將該摻雜接觸區(qū)耦接至該第二電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作方法，其中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)更包括: 一第五摻雜區(qū)，具有該第一導(dǎo)電型； 一第六摻雜區(qū)，具有該第二導(dǎo)電型； 一摻雜接觸區(qū)，具有該第一導(dǎo)電型并位于該第六摻雜區(qū)中；以及一第二柵結(jié)構(gòu)，位于該第五摻雜區(qū)與該摻雜接觸區(qū)之間的該第六摻雜區(qū)上，其中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作方法更包括: 施加一第二偏壓至該第二柵結(jié)構(gòu)； 將該第五摻雜區(qū)耦接至該第一電極；以及 將該摻雜接觸區(qū)與該第六摻雜區(qū)耦接該第二電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作方法，其中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)更包括多個(gè)第五摻雜區(qū)，具有該第一導(dǎo)電型，并分別位于該第二摻雜區(qū)的相反側(cè)上，其中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作方法更包括將該多個(gè)第五摻雜區(qū)分別耦接至該第一電極與該第二電極。
【文檔編號(hào)】H01L21/331GK103872112SQ201210533339
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月12日
【發(fā)明者】蔡英杰, 陳永初, 龔正 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司