具有溝槽場(chǎng)板的高壓雙極型晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有溝槽場(chǎng)板的高壓雙極型晶體管。一種雙極型晶體管結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體襯底上的外延層；在外延層中形成的雙極型晶體管器件；以及在外延層中形成的溝槽結(jié)構(gòu)，與雙極型晶體管器件的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰。該溝槽結(jié)構(gòu)包括通過(guò)絕緣材料而與外延層隔開的場(chǎng)板。該雙極型晶體管結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括：基極觸點(diǎn)，連接到雙極型晶體管器件的基極；發(fā)射極觸點(diǎn)，連接到雙極型晶體管器件的發(fā)射極并且與所述基極觸點(diǎn)隔離；以及在發(fā)射極觸點(diǎn)和場(chǎng)板之間的電氣連接。
【專利說(shuō)明】具有溝槽場(chǎng)板的高壓雙極型晶體管
[0001]本申請(qǐng)是于2011年7月8日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?01110190700.8且發(fā)明名稱為“具有溝槽場(chǎng)板的高壓雙極型晶體管”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種具有溝槽場(chǎng)板(trench field plate)的高壓雙極型晶體管。

【背景技術(shù)】
[0003]諸如VDMOS (垂直擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管的功率MOS (金屬-氧化物-半導(dǎo)體)器件的擊穿電壓可以根據(jù)用于制造器件的技術(shù)而從約30V變化至數(shù)百伏(例如，100V至200V)。對(duì)于擊穿電壓以上的漏極電壓，非常大量的電流在DMOS器件中流動(dòng)。該條件典型地被稱為雪崩擊穿。雪崩擊穿在不被減弱的情況下?lián)p壞功率DMOS器件。
[0004]對(duì)于雙極型晶體管，對(duì)于具有浮動(dòng)基極的雙極型器件，最大工作電壓典型地限于集電極-基極二極管擊穿電壓(Vcbo)以下的且集電極-發(fā)射極擊穿電壓(Vceo)以上的值。當(dāng)雙極型器件處于Vceo和Vcbo之間的有源(active)工作時(shí),可能出現(xiàn)器件不穩(wěn)定性。當(dāng)Vce上升到特定的臨界電壓以上時(shí)，雙極型器件進(jìn)入高電流狀態(tài)。高電流狀態(tài)由器件的基極-集電極空間電荷區(qū)中生成的碰撞離子化電流的雙極型放大驅(qū)動(dòng)。在一些情況中，雙極型器件可能進(jìn)入橫向不穩(wěn)定性或收縮(pinch-1n)不穩(wěn)定性，其中電流流動(dòng)收縮到離基極觸點(diǎn)最遠(yuǎn)的點(diǎn)處的非常窄的溝道中。雙極型器件可能進(jìn)入垂直不穩(wěn)定性或等離子體狀態(tài)，其中基極和基極-集電極空間電荷區(qū)充滿兩種類型的載流子。該狀態(tài)對(duì)應(yīng)于關(guān)斷器件的Vceo擊穿電壓。在該狀態(tài)中并且根據(jù)基極和發(fā)射極上的偏置條件，由于充滿基極集電極空間電荷區(qū)的載流子有效減小了峰值電場(chǎng)，總電流仍可能受器件自身限制。這些高電流狀態(tài)中的每個(gè)導(dǎo)致了發(fā)射極和基極上的具有非常高幅度的振蕩行為。即便雙極型器件自身在該振蕩狀態(tài)中未損壞，但是振蕩給相鄰電路塊中的其他低電壓器件造成非常嚴(yán)重的威脅并且應(yīng)被避免。
[0005]由于這些效應(yīng)，雙極型晶體管的工作電壓小于諸如在相同外延半導(dǎo)體層中構(gòu)造的垂直DMOS的對(duì)應(yīng)單極型器件的工作電壓。這限制了在相同管芯上提供功率晶體管和雙極型晶體管的集成功率技術(shù)的技術(shù)電壓，并且因此給技術(shù)的優(yōu)化造成了嚴(yán)重的約束，尤其是對(duì)于DMOS導(dǎo)通電阻。本質(zhì)上,必須在對(duì)于功率晶體管有利的高摻雜薄外延層和對(duì)于雙極型晶體管有利的較低摻雜的較厚外延層之間進(jìn)行權(quán)衡。
[0006]特別是CM0S-DM0S類型(即具有襯底上的公共漏極的垂直DM0S)的現(xiàn)有功率技術(shù)必須極為小心以避免觸發(fā)寄生襯底雙極并且控制寄生襯底雙極的有源工作期間的最大集電極電壓。再者，外延層的最小可用厚度是針對(duì)DMOS器件的導(dǎo)通電阻的非常重要的優(yōu)化參數(shù)并且可能受寄生襯底雙極限制。對(duì)于一些功率應(yīng)用，可以使用SOI (絕緣體上硅)技術(shù)，其中器件被介電隔離并且因此可以更容易地進(jìn)行單獨(dú)優(yōu)化。然而，SOI成本高于非SOI技術(shù)。在高級(jí)的雙極型技術(shù)中，深溝槽隔離和/或淺溝槽隔離用于終止雙極型器件，但是不作為核心雙極型晶體管的構(gòu)造元件。作為代替，溝槽結(jié)構(gòu)僅用于橫向隔離并且不影響核心雙極型晶體管的電氣特性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)雙極型晶體管結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底上的外延層；在外延層中形成的雙極型晶體管器件；以及在外延層中形成的溝槽結(jié)構(gòu)，與雙極型晶體管器件的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰。該溝槽結(jié)構(gòu)包括通過(guò)絕緣材料而與外延層隔開的場(chǎng)板?；鶚O觸點(diǎn)連接到雙極型晶體管器件的基極并且發(fā)射極觸點(diǎn)連接到雙極型晶體管器件的發(fā)射極。發(fā)射極觸點(diǎn)與基極觸點(diǎn)隔離。在發(fā)射極觸點(diǎn)和場(chǎng)板之間提供電氣連接。
[0008]根據(jù)制造雙極型晶體管結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例，該方法包括:在半導(dǎo)體襯底上形成外延層；在外延層中形成雙極型晶體管器件；以及在外延層中形成與雙極型晶體管器件的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰的溝槽結(jié)構(gòu)。溝槽結(jié)構(gòu)包括通過(guò)絕緣材料而與外延層隔開的場(chǎng)板。該方法進(jìn)一步包括將基極觸點(diǎn)連接到雙極型晶體管器件的基極并且將發(fā)射極觸點(diǎn)連接到雙極型晶體管器件的發(fā)射極，從而發(fā)射極觸點(diǎn)與基極觸點(diǎn)彼此隔離。在發(fā)射極觸點(diǎn)和場(chǎng)板之間形成電氣連接。
[0009]根據(jù)集成晶體管結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底上的外延層；在外延層的第一區(qū)中形成的功率晶體管，具有漏極區(qū)、源極區(qū)和短接(short)到源極區(qū)的體區(qū)；以及在外延層的第二區(qū)中形成的雙極型晶體管，與功率晶體管隔開。第一溝槽結(jié)構(gòu)在外延層中形成為與功率晶體管的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰。第一溝槽結(jié)構(gòu)包括通過(guò)絕緣材料而與功率晶體管的溝道區(qū)隔開的柵極電極。第二溝槽結(jié)構(gòu)在外延層中形成為與雙極型晶體管的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰。第二溝槽結(jié)構(gòu)包括通過(guò)絕緣材料而與外延層隔開的溝槽電極。柵極電極、雙極型晶體管的基極、以及雙極型晶體管的發(fā)射極連接到彼此隔離的不同觸點(diǎn)。發(fā)射極和溝槽電極處于相同的電位。
[0010]根據(jù)集成電路的實(shí)施例，該集成電路包括在相同外延半導(dǎo)體層中形成的垂直擴(kuò)散MOS功率晶體管和雙極型晶體管。垂直擴(kuò)散MOS功率晶體管具有短接到體區(qū)的源極區(qū)以及通過(guò)絕緣材料而與溝道區(qū)隔開的柵極電極。柵極電極、雙極型晶體管的基極、以及雙極型晶體管的發(fā)射極連接到彼此電氣隔離的不同觸點(diǎn)。雙極型晶體管的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面與在外延層中形成的溝槽結(jié)構(gòu)相鄰，該溝槽結(jié)構(gòu)包括通過(guò)絕緣材料而與外延層隔開的溝槽電極。發(fā)射極和溝槽電極處于相同的電位。
[0011]本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀下面的詳細(xì)描述后并且在查看附圖后將認(rèn)識(shí)到另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]附圖中的部件不一定按比例繪制，而是著重于說(shuō)明本發(fā)明的原理。此外，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)部分。在附圖中:
圖1是根據(jù)實(shí)施例的雙極型晶體管結(jié)構(gòu)的俯視平面圖；
圖2是圖1中的雙極型器件的示意性橫截面圖；
圖3是根據(jù)另一實(shí)施例的雙極型晶體管結(jié)構(gòu)的俯視平面圖；
圖4是根據(jù)又一實(shí)施例的雙極型晶體管結(jié)構(gòu)的俯視平面圖；
圖5是在與相同管芯上的雙極型晶體管相同的外延層的不同區(qū)中形成的功率晶體管的實(shí)施例的俯視平面圖；
圖6是圖5中的功率晶體管的示意性橫截面圖；
圖7是在與相同管芯上的雙極型晶體管相同的外延層的不同區(qū)中形成的功率晶體管的另一實(shí)施例的俯視平面圖；
圖8是圖7中的功率晶體管的示意性橫截面圖；
圖9是根據(jù)實(shí)施例的與雙極型器件的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰的溝槽結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖；以及
圖10是與雙極型器件的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰的溝槽結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的示意性橫截面圖。
[0013]圖11圖示了采用圖1中的雙極型器件的兩個(gè)電路的實(shí)施例的電路示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]這里描述的實(shí)施例提供了一種其中使驅(qū)動(dòng)這里先前描述的不穩(wěn)定性的影響最小化的器件設(shè)計(jì)。器件嵌入在臺(tái)面類型結(jié)構(gòu)中，即嵌入在包括場(chǎng)板的溝槽之間的窄的硅帶(stripe)中。臺(tái)面帶與小的發(fā)射極-基極間距一起減少了各個(gè)晶體管單元的空間延伸,使橫向不穩(wěn)定性的可用距離最小化。
[0015]圖1圖示了根據(jù)實(shí)施例的雙極型晶體管結(jié)構(gòu)100的俯視平面圖。圖2圖示了圖1中的雙極型晶體管結(jié)構(gòu)100沿標(biāo)有A-A’的線的示意性橫截面圖。雙極型晶體管結(jié)構(gòu)100包括在諸如硅襯底或化合物半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體襯底104上生長(zhǎng)的外延層102。雙極型晶體管器件在外延層102中形成。雙極型器件具有集電極，該集電極包括襯底104和外延層102的在襯底104和基極106之間的部分?；鶚O106與集電極相鄰并且發(fā)射極108與基極106相鄰，從而基極106在垂直于襯底104的方向上置于集電極和發(fā)射極108之間。根據(jù)該實(shí)施例，基極106和發(fā)射極108具有相同的橫截面寬度。
[0016]在一些實(shí)施例中，襯底104、外延層102和發(fā)射極108是η摻雜的，并且基極106是P摻雜的。在其他實(shí)施例中，雙極型器件的這些區(qū)具有相反的摻雜類型。在任一配置中，例如由鎢或者任何其他適當(dāng)材料制成的基極觸點(diǎn)110連接到基極106，并且例如由鎢或者任何其他適當(dāng)材料制成的發(fā)射極觸點(diǎn)112連接到發(fā)射極108并且與基極觸點(diǎn)110隔離以確保雙極型器件的正確工作。基極106可以具有與每個(gè)基極觸點(diǎn)110相鄰為較高摻雜濃度而在其他位置為較低摻雜濃度的第一區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，基極106的凈劑量的范圍是0.5el3/cm2至lel4/cm2。備選地，基極106可以具有到處大體均勻的摻雜濃度。在圖1中示出了兩個(gè)基極觸點(diǎn)110，但是可以提供任何期望數(shù)目的基極觸點(diǎn)?；鶚O金屬連接114耦合到每個(gè)基極觸點(diǎn)110并且發(fā)射極金屬連接116類似地耦合到發(fā)射極觸點(diǎn)112以提供雙極型器件的連接端子。為了易于說(shuō)明起見，圖2僅示出了從外延層102的上表面到襯底104的雙極型器件，并且因而在圖2中未示出觸點(diǎn)110/112和金屬連接114/116。
[0017]在外延層102中形成溝槽結(jié)構(gòu)118，其與雙極型晶體管器件的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面120、122相鄰。根據(jù)圖1中示出的實(shí)施例，溝槽結(jié)構(gòu)118在雙極型晶體管器件的所有橫向側(cè)面上圍繞雙極型晶體管器件。溝槽結(jié)構(gòu)118包括通過(guò)絕緣材料126而與外延層102隔開的場(chǎng)板124。例如由多晶硅或任何其他適當(dāng)材料制成的場(chǎng)板觸點(diǎn)128連接到溝槽結(jié)構(gòu)118的場(chǎng)板124。圖1示出了發(fā)射極觸點(diǎn)112和場(chǎng)板觸點(diǎn)128之間的電氣連接，從而發(fā)射極108和場(chǎng)板124處于相同的電位。因此，發(fā)射極108和場(chǎng)板124可以耦合到零或負(fù)電位以確保雙極型器件的最優(yōu)性能。場(chǎng)板124因此形成了有源雙極型器件的部分，并且溝槽結(jié)構(gòu)118不僅僅用于器件隔離。
[0018]由溝槽場(chǎng)板構(gòu)造導(dǎo)致的基極-集電極擊穿電壓比模擬器件的平面阱的對(duì)應(yīng)垂直擊穿電壓高很多。這樣，針對(duì)給定電壓使電場(chǎng)幅度最小化并且因此使碰撞離子化最小化。此夕卜，根據(jù)該實(shí)施例，溝槽場(chǎng)板124電氣連接到發(fā)射極108，確保寄生垂直MOS器件不接通。再者，溝槽場(chǎng)板124和襯底104 (即集電極)之間的電容構(gòu)成了針對(duì)器件振蕩的阻尼元件。對(duì)于足夠窄的臺(tái)面帶，最大電場(chǎng)的位置位于溝槽結(jié)構(gòu)118的內(nèi)部底邊緣處，并且如圖2中的箭頭指示的，主要的雙極型電流路徑位于臺(tái)面區(qū)的中間，使基極-集電極空間電荷區(qū)內(nèi)的碰撞離子化最小化。
[0019]溝槽結(jié)構(gòu)118可以延伸到外延層102中達(dá)到深度DT，Dt的范圍介于外延層102的厚度Tepi的1/3和1.5倍之間。溝槽結(jié)構(gòu)118的寬度Wt和在外延層102的由溝槽結(jié)構(gòu)118圍繞的區(qū)中的外延層102的寬度Wepi之間的比可以介于2/1和1/2之間?；鶚O106和集電極之間形成的結(jié)可以處于外延層102中的深度Dj處，該深度Dj介于溝槽結(jié)構(gòu)118的深度Dt的1/10和4/5之間。在一些實(shí)施例中，如圖2中所示，場(chǎng)板124遠(yuǎn)離襯底104是較厚的(Ttu)而接近襯底104是較薄的(Ττ?)。
[0020]圖3圖示了根據(jù)另一實(shí)施例的雙極型晶體管結(jié)構(gòu)300的俯視平面圖。根據(jù)該實(shí)施例，雙極型晶體管器件由在外延層(在圖3中看不見)中形成的多個(gè)晶體管單元302形成。每個(gè)晶體管單元302包括集電極(在圖3中看不見)、與集電極相鄰的基極304和與基極304相鄰的發(fā)射極306，從而基極304在垂直于襯底(在圖3中看不見)的方向上置于集電極和發(fā)射極306之間。每個(gè)晶體管單元302具有用于接觸基極304的一個(gè)或多個(gè)基極觸點(diǎn)308以及用于接觸每個(gè)晶體管單元302的發(fā)射極306的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射極觸點(diǎn)310。溝槽結(jié)構(gòu)312包括通過(guò)絕緣材料316而與外延層隔開的場(chǎng)板314。在圖3中示意性地示出了每個(gè)晶體管單元302的發(fā)射極觸點(diǎn)310和溝槽結(jié)構(gòu)312的場(chǎng)板314之間的電氣連接，從而每個(gè)單元302的發(fā)射極306和場(chǎng)板314處于相同的電位。根據(jù)該實(shí)施例，溝槽結(jié)構(gòu)312在每個(gè)晶體管單元302的所有橫向側(cè)面318、320、322、324上圍繞每個(gè)晶體管單元302，但是對(duì)于開放式溝槽技術(shù)可以與每個(gè)單元的兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰。其中形成雙極型器件的溝槽之間的硅外延層的相對(duì)窄的區(qū)減少了各個(gè)單元的空間延伸，使橫向不穩(wěn)定性的可用距離最小化。在一些實(shí)施例中，各個(gè)發(fā)射極單元的寬度/長(zhǎng)度比的范圍可以是從1:3至1:20。
[0021]圖4圖示了根據(jù)又一實(shí)施例的雙極型晶體管結(jié)構(gòu)400的俯視平面圖。根據(jù)該實(shí)施例，雙極型晶體管器件由在外延層(在圖4中看不見)中形成的多個(gè)晶體管單元402形成。每個(gè)晶體管單元402包括集電極(在圖4中看不見)、與集電極相鄰的基極404和與基極404相鄰的發(fā)射極406，從而基極404在垂直于襯底(在圖4中看不見)的方向上置于集電極和發(fā)射極406之間。每個(gè)晶體管單元402具有用于接觸基極404的一個(gè)或多個(gè)基極觸點(diǎn)408以及用于接觸每個(gè)晶體管單元402的發(fā)射極406的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射極觸點(diǎn)410。溝槽結(jié)構(gòu)412包括通過(guò)絕緣材料416而與外延層隔開的場(chǎng)板414。在圖4中示意性地示出了每個(gè)晶體管單元402的發(fā)射極觸點(diǎn)410和溝槽結(jié)構(gòu)412的場(chǎng)板414之間的電氣連接，從而每個(gè)單兀402的發(fā)射極406和場(chǎng)板414處于相同的電位。不同于圖3中不出的實(shí)施例，晶體管單元402直接地彼此相鄰(即各個(gè)單元之間沒有居間溝槽)并且相鄰的單元402可以共享基極區(qū)。根據(jù)該實(shí)施例，溝槽結(jié)構(gòu)412在雙極型晶體管器件的所有外部橫向側(cè)面418、420、422、424上圍繞多個(gè)晶體管單元402，但是對(duì)于開放式溝槽技術(shù)可以與每個(gè)單元的兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰。
[0022]場(chǎng)板溝槽構(gòu)造允許高得多的基極摻雜水平而不會(huì)不利地影響集電極-基極擊穿電壓，提供了用于使雙極型電流增益和內(nèi)部基極電阻優(yōu)化的更大靈活性。這使得雙極型器件和功率器件能夠容易地集成在相同管芯上以及處于相同外延層中，提供了在選擇外延層厚度和基極摻雜方面的更大靈活性。
[0023]圖5圖示了在與相同管芯上的雙極型晶體管相同的外延層的不同區(qū)中形成的功率晶體管的實(shí)施例的俯視平面圖。圖6圖示了圖5中的功率晶體管沿標(biāo)有B-B’的線的示意性橫截面圖。由于雙極型晶體管在外延層的不同區(qū)中形成并且與功率晶體管隔開，因此其在圖5和6中看不見。雙極型晶體管可以根據(jù)這里描述的任何雙極型晶體管結(jié)構(gòu)實(shí)施例來(lái)形成。雙極型晶體管和功率晶體管一起形成集成晶體管結(jié)構(gòu)。
[0024]功率晶體管的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面與在襯底504上的外延層502中形成的溝槽結(jié)構(gòu)500相鄰。不同于這里描述的雙極型晶體管實(shí)施例，與功率晶體管相鄰的溝槽結(jié)構(gòu)500包括通過(guò)絕緣材料508而與功率晶體管的溝道區(qū)隔開的柵極電極506。柵極電極506控制在功率晶體管的體510中出現(xiàn)的溝道的反型，并且因此控制功率晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)。柵極電極506未連接到功率晶體管的體510或源極512。襯底504形成了功率晶體管的漏極。具有與基極510相同的摻雜類型的垂直帶514在功率晶體管的中心形成并且穿過(guò)源極512延伸到體510中，短接功率晶體管的源極512和體510。
[0025]如圖5和6中所示，功率晶體管可以是諸如VDMOS晶體管的DMOS類型功率晶體管。功率晶體管的柵極電極506、雙極型晶體管的基極(在圖5和6中看不見)以及雙極型晶體管的發(fā)射極(在圖5和6中也看不見)連接到彼此隔離的不同觸點(diǎn)，為了易于說(shuō)明功率晶體管起見未示出這些觸點(diǎn)。如這里先前所描述的，雙極型晶體管的發(fā)射極和在與雙極型晶體管的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰的溝槽結(jié)構(gòu)中包括的溝槽電極處于相同的電位。根據(jù)實(shí)施例，如這里先前所描述的，在與雙極型晶體管相鄰的溝槽結(jié)構(gòu)中包括的溝槽電極和連接到雙極型晶體管的發(fā)射極的發(fā)射極觸點(diǎn)之間形成電氣連接，從而發(fā)射極和溝槽電極處于相同的電位，例如零或負(fù)電位。
[0026]圖7圖示了在與相同管芯上的雙極型晶體管相同的外延層的不同區(qū)中形成的功率晶體管的另一實(shí)施例的俯視平面圖。圖8圖示了圖7中的功率晶體管沿標(biāo)有C-C’的線的示意性橫截面圖。由于雙極型晶體管在外延層的不同區(qū)中形成并且與功率晶體管隔開，因此其在圖7和8中看不見。雙極型晶體管可以根據(jù)這里描述的任何雙極型晶體管結(jié)構(gòu)實(shí)施例來(lái)形成。雙極型晶體管和功率晶體管一起形成集成晶體管結(jié)構(gòu)。
[0027]圖7和8的功率晶體管具有與圖5和6的功率晶體管相同的結(jié)構(gòu)，除了具有交替的不同摻雜類型的源極區(qū)和體區(qū)600、602，它們具有在外延層502的頂表面上形成的公共觸點(diǎn)604。公共觸點(diǎn)604將功率晶體管的源極600短接到體602。這里描述的功率晶體管可以具有η型襯底、P型體和η型源極。備選地，這里描述的功率晶體管可以具有P型襯底、η型體和P型源極。在任一情況中，包括功率晶體管和雙極型晶體管的集成晶體管結(jié)構(gòu)實(shí)施例可以用于制造使用功率晶體管和雙極型晶體管兩者的電路。在一些實(shí)施例中，單片管芯包括具有DMOS功率器件的雙極型和/或CMOS控制電路。一種類型的電路可以包括例如用于電機(jī)的包括輸入級(jí)和輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)器。輸入電路具有控制輸入，其可以包括諸如具有滯后作用(hysteresis)的施密特觸發(fā)器的雙極型和/或CMOS電路。雙極型晶體管可以根據(jù)這里公開的任何雙極型晶體管結(jié)構(gòu)實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。輸出級(jí)可以包括諸如半橋的DMOS電路。DMOS晶體管在與雙極型晶體管相同的外延層中根據(jù)這里公開的任何功率晶體管結(jié)構(gòu)實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地在其他電路設(shè)計(jì)中利用這里描述的集成晶體管結(jié)構(gòu)實(shí)施例。這里描述的溝槽結(jié)構(gòu)實(shí)施例提供了充分的晶體管隔離同時(shí)還通過(guò)將溝槽電極集成到有源雙極型晶體管單元中而使雙極型晶體管更魯棒，如這里描述的。
[0028]圖9圖示了根據(jù)實(shí)施例的與雙極型器件的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰的溝槽結(jié)構(gòu)900的示意性橫截面圖。該雙極型器件具有集電極，該集電極包括襯底902和外延層904的在襯底902和器件的基極906之間的部分。在外延層904中在基極906上方形成發(fā)射極908。在外延層904中形成溝槽結(jié)構(gòu)910，該溝槽結(jié)構(gòu)910與雙極型晶體管器件的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面912、914相鄰。溝槽結(jié)構(gòu)910包括通過(guò)絕緣材料918而與外延層904隔開的場(chǎng)板916。根據(jù)該實(shí)施例，與發(fā)射極908和基極兩者相鄰的場(chǎng)板916具有大體均勻的寬度。場(chǎng)板916是連續(xù)的并且具有單體構(gòu)造。
[0029]圖10圖示了與雙極型器件的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰的溝槽結(jié)構(gòu)920的另一實(shí)施例的示意性橫截面圖。該雙極型器件具有與圖9中示出的器件相同的構(gòu)造。然而，溝槽結(jié)構(gòu)中的場(chǎng)板包括設(shè)置在溝槽結(jié)構(gòu)920的下部分中的第一導(dǎo)電區(qū)922和在第一導(dǎo)電區(qū)922上方的設(shè)置在溝槽結(jié)構(gòu)920的上部分中的第二導(dǎo)電區(qū)924。第一和第二導(dǎo)電區(qū)922、924通過(guò)絕緣材料926而彼此隔開。如這里先前所描述的，第二(上)導(dǎo)電區(qū)920經(jīng)由電氣連接而耦合到發(fā)射極觸點(diǎn)(看不見)，從而場(chǎng)板的上部分922和發(fā)射極908處于相同的電位。第一(下)導(dǎo)電區(qū)924處于與發(fā)射極908或基極906相同的電位。
[0030]圖11圖示了采用這里描述的任何雙極型晶體管結(jié)構(gòu)的兩個(gè)電路1100和1110。第一電路1100包括耦合到電壓源(Vs)和地(GND)的電壓參考生成器1102、負(fù)載1104以及具有根據(jù)這里先前描述的任何實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的高壓雙極型晶體管1106。電壓參考生成器1102的輸出耦合到高壓雙極型晶體管1106的基極。作為響應(yīng)，高壓雙極型晶體管1106向負(fù)載1104提供內(nèi)部供給電壓。該供給電壓可以在閉環(huán)配置中反饋到電壓參考生成器1102。第二電路1110包括耦合在差分放大器配置中的兩個(gè)高壓雙極型晶體管1112和1114。兩個(gè)高壓雙極型晶體管1112和1114均具有根據(jù)這里先前描述的任何實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。第二電路1110進(jìn)一步包括運(yùn)算放大器1116，其響應(yīng)于由相應(yīng)雙極型晶體管1112和1114提供的差分信號(hào)輸入(IN+/IN-)而產(chǎn)生輸出(OUT)。由成對(duì)的雙極型晶體管1112和1114形成的差分放大器響應(yīng)于到相應(yīng)雙極型晶體管1112和1114的輸入(IN HV+/IN HV-)中的差的幅值來(lái)驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器1116。這里描述的雙極型晶體管結(jié)構(gòu)可以用在各種其他類型的電路中，并且因此圖11中示出的電路是示例性電路并且不應(yīng)以任何方式視為限制性的。
[0031]諸如“下面”、“以下”、“下”、“上方”、“上”等的空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)用于使描述方便，以解釋一個(gè)元件相對(duì)于第二元件的定位。這些術(shù)語(yǔ)旨在涵蓋除了與圖中示出的那些取向不同的取向以外的器件的不同取向。此外，諸如“第一”、“第二”等的術(shù)語(yǔ)還用于描述各種元件、區(qū)、部分等，并且也不旨在是限制性的。在通篇描述中相同的術(shù)語(yǔ)指代相同的元件。
[0032]如這里使用的，術(shù)語(yǔ)“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是開放式術(shù)語(yǔ)，其指示所陳述的元件或特征的存在，但是并未排除另外的元件或特征。除非上下文另外明確地指示，否則冠詞“一”、“一個(gè)”和“該”旨在包括復(fù)數(shù)和單數(shù)。
[0033]考慮到變化和應(yīng)用的以上范圍，應(yīng)理解，本發(fā)明不受前面的描述限制也不受附圖限制。作為代替，本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求及其合法等同物限制。
【權(quán)利要求】
1.一種集成晶體管結(jié)構(gòu)，包括: 半導(dǎo)體襯底上的外延層； 在所述外延層的第一區(qū)中形成的功率晶體管，具有漏極區(qū)、源極區(qū)和短接到所述源極區(qū)的體區(qū)； 在所述外延層的第二區(qū)中形成的具有集電極、基極和發(fā)射極的雙極型晶體管，與所述功率晶體管隔開； 第一溝槽結(jié)構(gòu)，在所述外延層中形成為與所述功率晶體管的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰，所述第一溝槽結(jié)構(gòu)包括通過(guò)絕緣材料而與所述功率晶體管的溝道區(qū)隔開的柵極電極； 第二溝槽結(jié)構(gòu)，在所述外延層中形成為與所述雙極型晶體管的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面相鄰，所述第二溝槽結(jié)構(gòu)包括通過(guò)絕緣材料而與所述外延層隔開的溝槽電極； 其中所述柵極電極、所述雙極型晶體管的基極、以及所述雙極型晶體管的發(fā)射極連接到彼此隔離的不同觸點(diǎn)；以及 其中所述發(fā)射極和所述溝槽電極處于相同的電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成晶體管結(jié)構(gòu)，包括與所述雙極型晶體管相鄰的所述溝槽電極和連接到所述雙極型晶體管的發(fā)射極的發(fā)射極觸點(diǎn)之間的電氣連接，從而所述發(fā)射極和所述溝槽電極處于相同的電位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成晶體管結(jié)構(gòu)，其中所述第二溝槽結(jié)構(gòu)延伸到所述外延層中達(dá)到范圍介于所述外延層的厚度的1/3和1.5倍之間的深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成晶體管結(jié)構(gòu)，其中所述第二溝槽結(jié)構(gòu)的寬度和由所述第二溝槽結(jié)構(gòu)圍繞的所述外延層的寬度之間的比介于2/1和1/2之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成晶體管結(jié)構(gòu)，其中在所述第二溝槽結(jié)構(gòu)的深度的1/10和4/5之間的所述外延層中的深度處，在所述雙極型晶體管的所述基極和集電極之間形成結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成晶體管結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)射極和所述溝槽電極處于零或負(fù)電位。
7.一種集成電路，包括在相同外延半導(dǎo)體層中形成的垂直擴(kuò)散MOS功率晶體管和具有集電極、基極和發(fā)射極的雙極型晶體管，所述垂直擴(kuò)散MOS功率晶體管具有短接到體區(qū)的源極區(qū)以及通過(guò)絕緣材料而與溝道區(qū)隔開的柵極電極，所述柵極電極、所述雙極型晶體管的基極、以及所述雙極型晶體管的發(fā)射極連接到彼此電氣隔離的不同觸點(diǎn)，所述雙極型晶體管的至少兩個(gè)相對(duì)的橫向側(cè)面與在外延層中形成的溝槽結(jié)構(gòu)相鄰，所述溝槽結(jié)構(gòu)包括通過(guò)絕緣材料而與所述外延層隔開的溝槽電極，所述發(fā)射極和所述溝槽電極處于相同的電位。
【文檔編號(hào)】H01L27/06GK104134664SQ201410345970
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2010年7月9日
【發(fā)明者】C.卡道, N.克里施克, T.邁爾 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利有限公司