專利名稱：絕緣柵極半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種絕緣柵極半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
例如在JP 2007-13224A、對(duì)應(yīng)于 JP 2004-95954A 的 US 2004/0094798、對(duì)應(yīng)于 JP 7-58332A 的 US 5，489，787、JP 2007-266134A 以及 JP 4366938 中公開(kāi)了作為轉(zhuǎn)換器的開(kāi) 關(guān)器件的絕緣柵極半導(dǎo)體器件(即，IGBT)。具體而言，在JP 2007-13224A中，在高阻抗N型基極層中以一定間隔形成溝槽，以 將主核與虛設(shè)核彼此隔離開(kāi)。溝槽具有溝槽柵極結(jié)構(gòu)。在主核中，在N型基極層上形成P 型基極層，并且在P型基極層上形成N型發(fā)射極層。此外，在虛設(shè)核中，在N型基極層上形 成P型緩沖層。主核中的P型基極層和N型發(fā)射極層通過(guò)發(fā)射極電極彼此接觸。在虛設(shè)核 中的P型緩沖層上形成緩沖電極。緩沖電極通過(guò)緩沖電阻器電連接至發(fā)射極電極。因而，虛設(shè)核中的P型緩沖層通 過(guò)緩沖電阻器而發(fā)射極-接地，使得能夠?qū)崿F(xiàn)低的開(kāi)關(guān)損耗。在US 2004/0094798中，在N+型襯底上形成N—型外延區(qū)，并且在N—型外延區(qū)上形 成P型基極區(qū)。形成從P型基極區(qū)的表面到N—型外延區(qū)延伸的溝槽。在溝槽中形成包括 柵極氧化層和柵極電極的掩埋柵極。在掩埋柵極上形成層間電介質(zhì)層，并且在溝槽周圍形 成N型源極區(qū)。在N—型外延區(qū)和P型基極區(qū)之間，在核區(qū)上方的溝槽的底側(cè)上插入薄的P型區(qū)和 薄的N型區(qū)。因此，在P型區(qū)和N型區(qū)之間由PN結(jié)基本引起耗盡。因此，降低了寄生電容， 使得能夠?qū)崿F(xiàn)低的導(dǎo)通電壓。在US 5，489，787中，在N_型層上形成P型基極層，并且形成從P型基極層到N_型 層延伸的溝槽。在溝槽中形成溝槽柵極結(jié)構(gòu)。此外，在P型基極層的表面?zhèn)壬系臏喜蹡艠O 結(jié)構(gòu)周圍形成N+型發(fā)射極區(qū)。在核區(qū)上方形成用于在N_型層和P型基極層之間存儲(chǔ)載流子的N型層。由于N型 層使得N—型層中的載流子分布接近二極管中的載流子分布，使得能夠?qū)崿F(xiàn)低的導(dǎo)通電壓。在JP 2007-266134A中，在半導(dǎo)體襯底的表面上形成兩種類型的區(qū)域。具體而言， 在第一類型的區(qū)域中，形成P型第一主體區(qū)、N+型發(fā)射極區(qū)以及P+第一主體區(qū)。在第二類 型的區(qū)域中，形成P型第二主體區(qū)、P+型第二主體區(qū)以及N+型積累區(qū)。在第二類型的區(qū)域 中，不形成N+型發(fā)射極區(qū)，并且形成P+型第二主體接觸區(qū)至第二類型的區(qū)域的表面部分。積累區(qū)在其厚度方向上將第二類型的區(qū)域劃分為兩部分。此外，積累區(qū)延伸至比 第一類型的區(qū)域的第一主體接觸區(qū)的底部更深的位置。因此，由于在形成積累區(qū)的第二類 型的區(qū)域中未形成寄生晶體管，從而不大可能產(chǎn)生閂鎖現(xiàn)象。在JP 4366938中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)類似于在JP 2007-266134A中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)。在JP 4366938中，在N—型漂移層中形成溝槽，以在溝槽之間形成半導(dǎo)體區(qū)。在溝槽中掩埋柵極絕 緣層和柵極電極。半導(dǎo)體區(qū)包括第一半導(dǎo)體區(qū)和第二半導(dǎo)體區(qū)。在第一半導(dǎo)體區(qū)中，形成N+型發(fā)射極區(qū)。在第二半導(dǎo)體區(qū)中，未形成N+型發(fā)射極區(qū)。交替設(shè)置第一區(qū)和第二區(qū)。在 第一半導(dǎo)體區(qū)中形成深于N+型發(fā)射極區(qū)的P+型發(fā)射極區(qū)。在第二半導(dǎo)體區(qū)的表面部分上方形成P+型發(fā)射極區(qū)，并且在P+型發(fā)射極區(qū)的下方 形成N+型空穴阻擋區(qū)。N+型空穴阻擋區(qū)深于第一半導(dǎo)體區(qū)的P+型發(fā)射極區(qū)并且不與柵極 絕緣層接觸。因此，使得用于柵極絕緣層和N+型空穴阻擋區(qū)之間的空穴流動(dòng)的路徑變窄， 使得可以減少漂移區(qū)中空穴的減少。因此，能夠降低IGBT的導(dǎo)通電壓。上述常規(guī)器件具有以下缺點(diǎn)。盡管JP 2007-13224A公開(kāi)了一種緩沖電阻器連接至緩沖電極的電路圖，但是實(shí) 際上難以在具有如電路圖所示的溝槽柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件上方均勻地設(shè)置緩沖電阻器。 這是因?yàn)橛捎诰€路阻抗的原因，實(shí)際的緩沖阻抗能夠根據(jù)位置而發(fā)生改變。在US 2004/0094798中，在溝槽的底側(cè)上設(shè)置N型區(qū)。在這種情況下，如果通過(guò)熱 擴(kuò)散來(lái)形成N型區(qū)，則作為溝道的P型基極區(qū)需要取消N型區(qū)。因此，柵極的閾值電壓(Vth) 能夠具有變化，并且難以實(shí)現(xiàn)高的抗電壓擊穿的能力。此外，如果通過(guò)離子注入來(lái)形成N型 區(qū)，則要求用于實(shí)現(xiàn)高加速電壓的特定設(shè)備以形成深的N型區(qū)。在US 5，489，787中，N型層形成在P型基極層上并且位于N+型發(fā)射極區(qū)附近。因 此，柵極的閾值電壓(Vth)能夠具有變化，并且由于晶閘管行為的原因能夠降低抗電壓擊 穿的能力。在JP 2007-266134A中，在未形成N+型發(fā)射極區(qū)的第二類型的區(qū)域中形成的積累 區(qū)深于P+型第一主體接觸區(qū)。在JP 4366938中，在未形成N+型發(fā)射極區(qū)的第二半導(dǎo)體區(qū)中形成的空穴阻擋區(qū) 深于P+型發(fā)射極區(qū)。要求一種用于形成深于第一主體接觸區(qū)或者P+發(fā)射區(qū)的空穴積累區(qū)或者空穴阻 擋區(qū)的特定設(shè)備。此外，難以通過(guò)離子注入精確地形成這種深度的空穴積累區(qū)或者空穴阻 擋區(qū)。將在下面描述的圖5A示出了離子注入的投射范圍和加速能量之間的關(guān)系。將在下 面描述的圖5B示出了離子注入的投射范圍變化(散布)和加速能量之間的關(guān)系。如可以 從圖5A和5B看出的，通過(guò)增加加速能量能夠增加投射范圍。然而，加速能量的增加導(dǎo)致投 射范圍變化的增加。例如，盡管能夠利用IOOOkev的加速能量將磷(P)離子注入至1. 2μπι 的深度，但是投射范圍變化(一側(cè))變?yōu)榇蠹s0.2μπι，即，在厚度方向上的分布變?yōu)榇蠹s 0. 4 μ m0在反向?qū)↖GBT(RC-IGBT)的情況下，當(dāng)形成P+型主體區(qū)時(shí)，由于二極管動(dòng)作期 間注入的空穴的量的增加導(dǎo)致恢復(fù)損耗增加。具體而言，從浪涌阻抗的觀點(diǎn)來(lái)看，為了防止 不期望的寄生晶體管動(dòng)作，P+型主體區(qū)具有高雜質(zhì)濃度，并且被擴(kuò)散地很深，使得P+型主體 能夠位于N型發(fā)射極的下面。由于在具有高雜質(zhì)濃度的這種深的P+型擴(kuò)散層中的空穴注 入的效率非常高，所以增加了恢復(fù)損耗。如上所述，常規(guī)器件在實(shí)現(xiàn)低的導(dǎo)通電壓和低的開(kāi)關(guān)損耗方面具有難度。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況，本發(fā)明的目標(biāo)在于提供一種具有低的導(dǎo)通電壓和低的開(kāi)關(guān)損耗 的絕緣柵極半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，具有IGBT元件的一種絕緣柵極半導(dǎo)體器件包括第一導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體襯底、第二導(dǎo)電類型的溝道區(qū)、第二導(dǎo)電類型的浮置區(qū)、第一導(dǎo)電類型的發(fā)射 極區(qū)、第二導(dǎo)電類型的主體區(qū)、第一導(dǎo)電類型的空穴阻止(hole stopper)層以及發(fā)射極電 極。所述半導(dǎo)體襯底具有表面。所述溝道區(qū)位于所述半導(dǎo)體襯底的表面?zhèn)壬?。所述浮置區(qū) 位于所述半導(dǎo)體襯底的所述表面?zhèn)壬稀Ｋ霭l(fā)射極區(qū)位于每個(gè)溝道區(qū)的表面部分。所述主 體區(qū)位于每個(gè)溝道區(qū)的表面部分。所述主體區(qū)深于所述發(fā)射極區(qū)。所述空穴阻止層位于每 個(gè)浮置區(qū)中，以便在所述浮置區(qū)的深度方向上將所述浮置區(qū)劃分為第一區(qū)和第二區(qū)。所述 第一區(qū)位于所述半導(dǎo)體襯底的所述表面?zhèn)壬?。所述第二區(qū)位于所述浮置區(qū)的底側(cè)上。所述 發(fā)射極電極位于所述半導(dǎo)體襯底的所述表面上并且電連接至所述發(fā)射極區(qū)和所述浮置區(qū) 的所述第一區(qū)中的每一個(gè)。在平行于所述半導(dǎo)體襯底的第一表面的方向上，以使至少一個(gè) 浮置區(qū)位于相鄰的溝道區(qū)之間的方式，以預(yù)定的圖案重復(fù)設(shè)置所述溝道區(qū)和所述浮置區(qū)。


從下面結(jié)合附圖給出的具體描述中，本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特征以及優(yōu)點(diǎn)將 變得更顯而易見(jiàn)。在附圖中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片的平面圖的示意圖；圖2是示出了沿著圖1的線III-III截取的部分截面圖的示意圖；圖3是示出了沿著圖1的線III-III截取的截面圖的示意圖；圖4是示出了沿著圖1的線IVI-IV截取的截面圖的示意圖；圖5A是示出了離子注入的投射范圍和加速能量之間的關(guān)系的曲線圖，并且圖5B 是示出了投射范圍變化和加速能量之間的關(guān)系的曲線圖；圖6是示出了 IGBT元件的損耗特性的曲線圖；圖7是示出了浮置層的雜質(zhì)輪廓的曲線圖；圖8是示出了導(dǎo)通電壓Von和HS峰值濃度Nhs之間的關(guān)系的曲線圖；圖9是示出了集電極擊穿電壓和HS峰值濃度Nhs之間的關(guān)系的曲線圖；圖10是示出了米勒(Miller)電荷比和HS峰值濃度Nhs之間的曲線的示意圖；圖11是示出了導(dǎo)通電壓Von、集電極擊穿電極以及米勒電荷比與HS峰值深度之間 的依賴關(guān)系的曲線圖；圖12A是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的RC-IGBT元件的IGBT元件的單元結(jié) 構(gòu)的截面圖的示意圖，并且圖12B是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的RC-IGBT元件的二極管元件 的單元結(jié)構(gòu)的截面圖的示意圖；圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的RC-IGBT元件的部分截面圖的示意 圖；圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的RC-IGBT元件的部分截面圖的示意 圖；圖15是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的RC-IGBT元件的部分截面圖的示意 圖；圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的RC-IGBT元件的部分截面圖的示意 圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的RC-IGBT元件的部分截面圖的示意 圖；圖18A是示出了根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片的平面圖的示意圖，并且 圖18B是示出了沿著圖18A中的線XVIIIB-XVIIIB截取的截面圖的示意圖；圖19是示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的RC-IGBT元件的部分截面圖的示意 圖；圖20是示出了根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的RC-IGBT元件的部分截面圖的示意 圖；圖21是示出了根據(jù)本發(fā)明的第十實(shí)施例的RC-IGBT元件的部分截面圖的示意 圖；圖22是示出了根據(jù)本發(fā)明的第十一實(shí)施例的RC-IGBT元件的部分截面圖的示意 圖；圖23A是示出了根據(jù)本發(fā)明的第十二實(shí)施例的RC-IGBT元件的IGBT元件的單元 結(jié)構(gòu)的截面圖的示意圖，并且圖2 是示出了根據(jù)第十二實(shí)施例的RC-IGBT元件的二極管 元件的單元結(jié)構(gòu)的截面圖的示意圖；圖M是示出了根據(jù)本發(fā)明的第十三實(shí)施例的IGBT元件的透視截面圖的示意圖；圖25是示出了根據(jù)本發(fā)明的第十四實(shí)施例的IGBT元件的平面圖的示意圖；圖沈是示出了沿著圖25中的線XXVI-XXVI截取的截面圖的示意圖；圖27是示出了根據(jù)本發(fā)明的第十五實(shí)施例的IGBT元件的平面圖的示意圖；圖觀是示出了根據(jù)本發(fā)明的第十六實(shí)施例的IGBT元件的透視截面圖的示意圖；圖四是示出了根據(jù)本發(fā)明的第十七實(shí)施例的IGBT元件的平面圖的示意圖；圖30是示出了根據(jù)本發(fā)明的第十八實(shí)施例的IGBT元件的透視截面圖的示意圖；圖31是示出了根據(jù)本發(fā)明的第十九實(shí)施例的IGBT元件的透視截面圖的示意圖；圖32是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二十實(shí)施例的IGBT元件的平面圖的示意圖；圖33A是示出了沿著圖32中的線XXXIIIA-XXXIIIA截取的截面圖的示意圖，圖 33B是示出了沿著圖32中的線XXXIIIB-XXXIIIB截取的截面圖的示意圖，并且圖33C是沿 著圖32中的線XXXIIIC-XXXIIIC截取的截面圖的示意圖；圖34A是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二十一實(shí)施例的IGBT元件的部分平面圖的示意 圖，并且圖34B是示出了沿著圖34A中的線XXXIVB-XXXIVB截取的截面圖的示意圖；圖35A和35B是用于解釋實(shí)施例的變型的示意圖；圖36A是示出了根據(jù)實(shí)施例的另一變型的IGBT元件的單元結(jié)構(gòu)的截面圖的示意 圖，并且圖36B是示出了根據(jù)實(shí)施例的另一變型的RC-IGBT的二極管元件的單元結(jié)構(gòu)的截 面圖的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在全部實(shí)施例中，將相同的符號(hào)賦予附 圖中的相同或者相應(yīng)部分。N型、N+型以及N—型對(duì)應(yīng)于第一導(dǎo)電類型，而P型以及P+型對(duì) 應(yīng)于第二導(dǎo)電類型。(第一實(shí)施例)
下面將參考圖1-4來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的絕緣柵極半導(dǎo)體器件。例 如，所述絕緣柵極半導(dǎo)體器件可以用于諸如逆變器或者DC/DC轉(zhuǎn)換器的電源電路中的電源 開(kāi)關(guān)元件。圖1是示出了作為絕緣柵極半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體芯片1的平面圖的示意圖。圖2 是示出了沿著圖1中的線III-III截取的部分截面圖的示意圖。如圖1所示，半導(dǎo)體芯片1包括核區(qū)2、位于核區(qū)2周圍的保護(hù)環(huán)區(qū)3以及焊盤4。核區(qū)2是其中形成絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)的區(qū)域。如圖2所示，IGBT元件 形成在用作漂移層的N—型半導(dǎo)體襯底10中。半導(dǎo)體襯底10具有前表面IOa以及與前表面 IOb相對(duì)的背表面10b。在半導(dǎo)體襯底10的前表面IOa側(cè)上形成具有預(yù)定厚度的P型基極 層11。溝槽12形成在半導(dǎo)體襯底10的前表面IOa上并且通過(guò)穿透基極區(qū)11到達(dá)半導(dǎo)體 襯底10的N—型區(qū)。因此，通過(guò)溝槽12將基極層11劃分為多個(gè)部分。每個(gè)溝槽12的縱向方向平行于半導(dǎo)體襯底10的前表面10a，并且溝槽12在縱向 方向上彼此平行地延伸。例如，能夠以規(guī)則的間隔來(lái)設(shè)置溝槽12，并且相鄰溝槽的末端部分 能夠結(jié)合到一起以形成環(huán)形溝槽12。位于相鄰的環(huán)形溝槽12之間的基極層11 (即，在每個(gè)環(huán)形溝槽12中未閉合的基 極層11)提供用作溝道區(qū)的P型溝道層13。N+型發(fā)射極區(qū)14形成在溝道層13的表面部 分中。P+型主體區(qū)15形成在溝道層13的位于相鄰發(fā)射極區(qū)14之間的表面部分。主體區(qū) 15距離半導(dǎo)體襯底10的前表面IOa的深度大于發(fā)射極區(qū)14距離半導(dǎo)體襯底10的前表面 IOa的深度。N+型發(fā)射極區(qū)14的雜質(zhì)濃度大于N—型半導(dǎo)體襯底10的雜質(zhì)濃度。發(fā)射極區(qū)14 在基極層11中終止并且與溝槽12的側(cè)壁接觸。P+型主體區(qū)15的雜質(zhì)濃度大于P型溝道 層13的雜質(zhì)濃度。與發(fā)射極區(qū)14 一樣，主體區(qū)15在基極層11中終止。具體而言，發(fā)射極區(qū)14具有桿狀形狀并且在相鄰的溝槽12之間沿著溝槽12的縱 向方向延伸。發(fā)射極區(qū)14與溝槽12的側(cè)壁接觸并且在到達(dá)溝槽12的端部之前終止。主 體區(qū)15具有桿狀形狀并且在相鄰的發(fā)射極區(qū)14之間沿著溝槽12的縱向方向(即，發(fā)射極 區(qū)14的縱向方向)延伸。每個(gè)溝槽12的內(nèi)表面覆蓋有柵極絕緣層16。柵極電極17形成在柵極絕緣層16 上。例如，柵極電極17可以由多晶硅制成。柵極電極17沿著溝槽12的縱向方向延伸并且 連接至圖1中所示的相應(yīng)焊盤4。通過(guò)這種方式，溝槽12填充有柵極絕緣層16和柵極電極 17,以便能夠形成溝槽柵極結(jié)構(gòu)。圍繞在每個(gè)環(huán)形溝槽12中的基極層11 (即，除了溝道層13外的基極層11)提供 浮置層18。總之，由溝槽12將基極層11劃分為其中形成發(fā)射極區(qū)14的溝道層13和其中未形 成發(fā)射極區(qū)14的浮置層18。在所劃分的基極層11中交替形成發(fā)射極區(qū)14，使得能夠以預(yù) 定的圖案重復(fù)設(shè)置溝道層13和浮置層18。因此，在核區(qū)12中，交替設(shè)置IGBT元件(IGBT 核)和虛設(shè)元件(IGBT核)，使得相鄰的IGBT元件能夠彼此間隔開(kāi)。例如，相鄰的IGBT元 件能夠與一個(gè)虛設(shè)元件彼此間隔開(kāi)。因此，根據(jù)第一實(shí)施例的絕緣柵極半導(dǎo)體器件在下文 中有時(shí)也稱為“間隔型IGBT元件”。通過(guò)N型空穴阻止層19在溝槽12的深度方向上將基極層11的浮置層18劃分為第一層18a和第二層18b。第一層18a比第二層18b更接近溝槽12的開(kāi)口。換句話說(shuō)，第 二層18b比第一層18a更接近于溝槽12的底部。第一層18a和第二層18b由空穴阻止層 19完全地彼此電隔離?？昭ㄗ柚箤?9僅形成在基極層11的浮置層18中。換句話說(shuō)，空穴阻止層19未 形成在基極層11的溝道層13中。也就是說(shuō)，空穴阻止層19在IGBT核中不存在，但是存在 于未形成溝道區(qū)的虛設(shè)核中。空穴阻止層19在溝槽12的厚度方向上位于浮置層18的表面部分上(即，位于半 導(dǎo)體襯底10的前表面IOa側(cè))。具體而言，空穴阻止層19位于比溝道層13的主體區(qū)15的 底部更淺的深度。空穴阻止層19距離浮置層18的表面的深度小于溝槽12深度的一半是 優(yōu)選的。例如，空穴阻止層19距離浮置層18的表面的深度可以大約是溝槽12深度的五分 之一。例如，假設(shè)溝槽12的深度大約是5微米(ym)，則厚度大約為0.2μπι的空穴阻止層 19可以位于距離浮置層18的表面大約0. 5 μ m的深度處。例如，空穴阻止層19能夠具有大 約1 X IO1Vcm3到大約1 X IO1Vcm3的雜質(zhì)濃度。諸如硼磷硅玻璃(BPSG)層的層間電介質(zhì)層20形成在基極層11上。接觸孔20a 形成在層間電介質(zhì)層20中。通過(guò)接觸孔20a將發(fā)射極區(qū)14的一部分、主體區(qū)15以及浮置 層18的第一層18a的一部分暴露至層間電介質(zhì)層20外側(cè)。發(fā)射極電極21形成在層間電 介質(zhì)層20上并且通過(guò)接觸孔20a電連接至發(fā)射極區(qū)14、主體區(qū)15以及第一層18a。因此， 發(fā)射極電極21電連接至發(fā)射極區(qū)14和第一層18a中的每一個(gè)。N型場(chǎng)停止層22形成在半導(dǎo)體襯底10的背表面IOb側(cè)上。P型集電極層23形成 在場(chǎng)停止層22上。集電極電極M形成在集電極層23上。圖2示出了核區(qū)2中的IGBT核和虛設(shè)核的最小單元結(jié)構(gòu)。以鏡像的方式重復(fù)設(shè) 置圖2中所示的單元結(jié)構(gòu)，使得能夠形成圖3中所示的結(jié)構(gòu)。圖3是示出了沿著圖1中的 線III-III截取的截面圖的示意圖。如圖3所示，相鄰的溝槽12之間的基極層11交替設(shè) 置溝道層13和浮置層18。每個(gè)浮置層18設(shè)置有空穴阻止層18。應(yīng)注意到，在核區(qū)2上方 以鏡像的方式重復(fù)設(shè)置如圖3所示的結(jié)構(gòu)。圖4是示出了沿著圖1中的線IV-IV截取的截面圖的示意圖。簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖4 中省略了溝槽12中的柵極絕緣層16和柵極電極17。例如，如圖4所示，位于核區(qū)2周圍的 保護(hù)環(huán)區(qū)3可以包括環(huán)形的P型阱區(qū)IOC以及環(huán)形的P型保護(hù)環(huán)10d。阱區(qū)IOc和保護(hù)環(huán) IOd形成在半導(dǎo)體襯底10的表面部分中以環(huán)繞核區(qū)2。氧化層20b形成在保護(hù)環(huán)IOd上。在氧化層20b中的對(duì)應(yīng)于保護(hù)環(huán)IOd的位置形 成孔。外圍電極21a形成在氧化層20b上并且通過(guò)氧化層20b的孔電連接至保護(hù)環(huán)10d。 外圍電極21a覆蓋有鈍化層21b。圖1中所示的焊盤4用于將IGBT元件電連接至外部電路。焊盤4包括通過(guò)設(shè)置 在半導(dǎo)體芯片1中的布線元件連接至柵極電極12的焊盤。此外，焊盤4可以包括用于檢測(cè) 半導(dǎo)體芯片1的溫度的焊盤。接下來(lái)，描述一種制造上述絕緣柵極半導(dǎo)體器件的方法。首先，制備N_型晶圓，并 且通過(guò)熱擴(kuò)散在所述晶圓的表面上形成P型基極層11。然后，以溝槽12能夠通過(guò)穿透基極 層11到達(dá)晶圓的方式來(lái)形成溝槽12。然后，在每個(gè)溝槽12中形成柵極絕緣層16和柵極電 極17。
然后，將具有與N+型發(fā)射極區(qū)14對(duì)應(yīng)的開(kāi)口的第一掩模放置到晶圓上。然后，通 過(guò)利用第一掩模來(lái)執(zhí)行N型雜質(zhì)的離子注入。然后，在去除第一掩模之后，將具有與P+型主 體區(qū)15對(duì)應(yīng)的開(kāi)口的第二掩模放置到晶圓上。然后，通過(guò)利用第二掩模來(lái)執(zhí)行P型雜質(zhì)的 離子注入。然后，執(zhí)行熱處理(即，退火)以便在去除第二掩模之后激活所注入的雜質(zhì)。通 過(guò)這種方式，形成N+型發(fā)射極區(qū)14和P+型主體區(qū)15。然后，執(zhí)行利用掩模的離子注入以及在所述離子注入之后的熱處理，以在基極層 11的浮置層18中形成空穴阻止層19。例如，以大約IX 1012/cm2到大約IXlO1Vcm2的濃度 來(lái)執(zhí)行諸如磷(P)的摻雜物的離子注入，并且然后可以在900°C或更高的溫度下來(lái)執(zhí)行用 于激活所注入的摻雜物的熱處理。替代地，在執(zhí)行磷的離子注入以及用于激活所注入的磷 的熱處理之后，可以執(zhí)行硼(B)的離子注入以及用于激活所注入的硼的熱處理。通過(guò)這種 方式，在浮置層18中形成空穴阻止層19。圖5A是示出了離子注入的投射范圍(即，峰值深度)和加速能量之間的關(guān)系的曲 線圖，并且圖5B是示出了投射范圍變化和加速能量之間的關(guān)系的曲線圖。如圖5A和
示，當(dāng)將硼(B)或者磷(P)用作雜質(zhì)時(shí)，投射范圍與加速能量成比例地增加。例如，當(dāng)將具 有600kev能量的磷(P)離子注入到半導(dǎo)體襯底10中時(shí)，空穴阻止層19可以形成在距離半 導(dǎo)體襯底10的前表面IOa大約0. 8 μ m的深度處。圖5A和5B示出的關(guān)系是基于S. M. Sze 的第一版的 “Physics Of Semiconductor Devices” 的第 430-431 頁(yè)。然后，在基極層11上形成層間電介質(zhì)層20。然后，在層間電介質(zhì)層20中形成接觸 孔20a，使得能夠通過(guò)接觸孔20a而將發(fā)射極區(qū)14的一部分、主體區(qū)15以及浮置層18的 第一層18a的一部分暴露至層間電介質(zhì)層20的外側(cè)。發(fā)射極電極21形成在層間電介質(zhì)層 20上并且通過(guò)接觸孔20a電連接至發(fā)射極區(qū)14、主體區(qū)15以及第一層18a。因此，發(fā)射極 電極21電連接至發(fā)射極區(qū)14和浮置層18的第一層18a中的每一個(gè)。應(yīng)注意到，能夠以與 發(fā)射極電極21 —樣的工藝來(lái)形成焊盤4。然后，N型場(chǎng)停止層22形成在晶圓的背側(cè)上，并且P型集電極層23形成在場(chǎng)停止 層22上。然后，集電極電極M形成在集電極層23上。然后，執(zhí)行切片以將晶圓切割成單 個(gè)的半導(dǎo)體芯片1。通過(guò)這種方式，可以制造半導(dǎo)體芯片1。應(yīng)注意到，能夠以與上述相同 的工藝或者不同的工藝來(lái)形成保護(hù)環(huán)部分3。發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了模擬以評(píng)估其中在浮置層18的淺區(qū)中形成空穴阻止層19的結(jié) 構(gòu)的特性。圖6-11示出了模擬的結(jié)果。圖6是示出了 IGBT元件的損耗特性的曲線圖。曲線圖的水平軸代表IGBT元件的 DC損耗，曲線圖的垂直軸代表IGBT元件的AC損耗。IGBT元件的理想特性是DC損耗和AC
損耗二者都小。在圖6中，“常規(guī)結(jié)構(gòu)”指的是其中未形成空穴阻止層19的結(jié)構(gòu)。“1/5間隔”指的 是相鄰的IGBT元件由五個(gè)虛設(shè)核彼此間隔開(kāi)，“1/3間隔”指的是相鄰的IGBT元件由三個(gè) 虛設(shè)核彼此間隔開(kāi)，“1/1間隔”指的是相鄰的IGBT元件由一個(gè)虛設(shè)核彼此間隔開(kāi)?！癙T”指 的是穿通(punch through)結(jié)構(gòu)。“NPT”指的是非穿通結(jié)構(gòu)。“ 130 μ m厚”和“ 160 μ m厚” 指的是IGBT元件的厚度。如從圖6中可以看出的，在常規(guī)結(jié)構(gòu)中，AC損耗大。此外，當(dāng)IGBT元件的厚度為 160 μ m時(shí)，DC損耗大。根據(jù)第一實(shí)施例的其中在浮置層18中形成空穴阻止層19的HS結(jié)構(gòu)的DC損耗和AC損耗二者都比常規(guī)結(jié)構(gòu)的大。與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，根據(jù)第一實(shí)施例的HS結(jié) 構(gòu)具有幾乎相同的導(dǎo)通電壓和改善了 25%的開(kāi)關(guān)(AC)損耗。圖7是示出了浮置層18的雜質(zhì)輪廓的曲線圖。曲線圖的水平軸代表距離半導(dǎo)體 襯底1的前表面IOa的深度，而曲線圖的垂直軸代表雜質(zhì)濃度。應(yīng)注意到，曲線圖的垂直軸 是對(duì)數(shù)表示的。在圖7中，半導(dǎo)體襯底10的雜質(zhì)濃度為7X 1013/Cm3?！癈HP”和“CHP擴(kuò)散層”表示 浮置層18。“CHPXj”表示的是浮置層18的深度并且為4. 5μπι。在圖7中，“HS層”表示空穴阻止層19?！癏S峰值深度”表示空穴阻止層19濃度為 峰值時(shí)的深度?！癗hs”表示空穴阻止層19在HS峰值深度處的濃度?！癏SdXj”表示空穴阻止 層19在半導(dǎo)體襯底10的厚度方向上的擴(kuò)散傳播。傳播的一半(即，一側(cè))大約為0. Ιμπι。 基于上述雜質(zhì)輪廓，評(píng)估了 IGBT元件的導(dǎo)通電壓Von、集電極擊穿電壓以及“米勒”電荷比。圖8是示出了導(dǎo)通電壓Von和HS峰值濃度Nhs之間的關(guān)系的曲線圖。在圖8中， 曲線圖的水平軸代表相對(duì)HS峰值濃度Nhs，而曲線圖的垂直軸代表導(dǎo)通電壓Von。應(yīng)注意 到，相對(duì)HS峰值濃度Nhs是磷(P)的濃度并且由以下公式給出相對(duì)Nhs = ((Nhs-Np)/Np) X100(% )在上述公式中，“Np”表示硼(B)的濃度。相對(duì)峰值濃度Nhs是當(dāng)浮置層18的峰值濃度為2. 5X IO1Vcm3時(shí)的相對(duì)峰值濃 度。在圖8中，例如當(dāng)空穴阻止層19的相對(duì)峰值濃度Nhs為0%時(shí)，空穴阻止層19的濃度 為2. 5X IO1Vcn^又例如，當(dāng)空穴阻止層19的相對(duì)峰值濃度Nhs為100%時(shí)，空穴阻止層 19的濃度為5X IO1Vcn^再例如，當(dāng)空穴阻止層19的相對(duì)峰值濃度Nhs為負(fù)100%時(shí)，空 穴阻止層19的濃度為0。也就是說(shuō)，負(fù)100%的相對(duì)峰值濃度Nhs對(duì)應(yīng)于沒(méi)有空穴阻止層 19的結(jié)構(gòu)。在模擬中，通過(guò)在四個(gè)值之間改變HS峰值深度來(lái)評(píng)估導(dǎo)通電壓Von和HS峰值濃 度Nhs之間的關(guān)系。應(yīng)注意到，將圖8中的HS峰值深度定義為相對(duì)于作為浮置層18的深 度并且為4. 5 μ m時(shí)的CHPXj的相對(duì)HS峰值深度。通過(guò)改變相對(duì)HS峰深度RHsd至9%、 16%、44%和89%來(lái)評(píng)估導(dǎo)通電壓Von和HS峰值濃度Nhs。例如，當(dāng)相對(duì)HS峰值深度為 9%時(shí)，空穴阻止層19的HS峰值深度為0.405 μ m。因此，在這種情況下，空穴阻止層19在 淺的深度處形成并且與距離溝槽12的底部相比更接近于半導(dǎo)體襯底10的前表面10a。又 例如，當(dāng)相對(duì)HS峰值深度為89%時(shí)，空穴阻止層19的HS峰值深度為4. 005 μ m。因此，在 這種情況下，空穴阻止層19在深的深度處形成并且與距離半導(dǎo)體襯底10的前表面IOa相 比更接近于溝槽12的底部。應(yīng)注意到，溝槽12距離半導(dǎo)體襯底10的前表面IOa的深度T 為 4. 9 μ m0如從圖8中可以看出的，在HS峰值深度較小時(shí)，導(dǎo)通電壓Von在HS峰值濃度Nhs 的大范圍上更低。圖9是示出了集電極擊穿電壓和HS峰值濃度Nhs之間的關(guān)系的曲線圖。在圖9 中，曲線圖的水平軸代表HS峰值濃度Nhs，曲線圖的垂直軸代表集電極擊穿電壓。應(yīng)注意 到，將圖9中的HS峰值濃度Nhs定義為相對(duì)峰值濃度Nhs。如圖9所示，在HS峰值深度較 小時(shí)，集電極擊穿電壓在HS峰值濃度Nhs的大范圍上更低。圖10是示出了米勒電荷比和HS峰值濃度Nhs之間的關(guān)系的曲線圖。在圖10中，曲線圖的水平軸代表HS峰值濃度Nhs，曲線圖的垂直軸代表米勒電荷比。應(yīng)注意到，圖10 中的HS峰值濃度Nhs被定義為相對(duì)峰值濃度Nhs。米勒電荷比代表柵極充電期間柵極至集 電極電荷和柵極至發(fā)射極電荷之間的比率。在柵極和集電極之間的電容性耦合較小時(shí)，米 勒電荷比變小，以便能夠?qū)崿F(xiàn)高速開(kāi)關(guān)。如從圖10中可以看出的，當(dāng)HS峰值深度大至例如44%或89%時(shí)，米勒電荷比隨 著HS峰值濃度Nhs的增大而增大。相反地，當(dāng)HS峰值深度小至例如9%或者16%時(shí)，米勒 電荷比在HS峰值濃度Nhs的大范圍上保持為常數(shù)，使得能夠?qū)崿F(xiàn)高速開(kāi)關(guān)。圖11是示出了導(dǎo)通電壓Von、集電極擊穿電極以及米勒電荷比與HS峰值深度之間 的依賴關(guān)系的曲線圖。在圖11中，曲線圖的水平軸代表HS峰值深度，并且HS峰值深度為 9%、16%、44%以及89%，曲線圖的垂直軸代表導(dǎo)通電壓Von中的百分比減小、集電極擊穿 電壓中的百分比減小以及米勒電荷比中的百分比增大。應(yīng)注意到，圖11的曲線圖是在對(duì)應(yīng) 于其中導(dǎo)通電壓Von中的百分比減小為20%的空穴阻止?jié)舛鹊狞c(diǎn)進(jìn)行繪制的。如從圖11中可以看出的，導(dǎo)通電壓Von與HS峰值深度無(wú)關(guān)并且為常數(shù)。當(dāng)HS峰 值深度超過(guò)大約50 %時(shí)，集電極擊穿電壓急劇地減小。米勒電荷比取決于HS峰值深度并且 當(dāng)HS峰值深度超過(guò)大約20%時(shí)急劇地增大。因此，距離半導(dǎo)體襯底1的前表面IOa的HS 峰值深度等于或者小于浮置層18的深度的50%以防止集電極擊穿電壓的減小是優(yōu)選的。 距離半導(dǎo)體襯底1的前表面IOa的HS峰值深度等于或者小于浮置層18的深度的20%以防 止米勒電荷比的增大是更優(yōu)選的。米勒電荷比的增大導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗的增大。因此，為了降 低AC損耗，在浮置層18中的較淺深度處形成空穴阻止層19是很重要的。總之，模擬結(jié)果表明通過(guò)在浮置層18中的較淺的深度處形成空穴阻止層19能夠 改善IGBT元件的特性。然而，如果空穴阻止層19暴露至半導(dǎo)體襯底10的前表面IOa并且與作為表面電 極的發(fā)射極電極21接觸，則形成寄生NPN晶體管，使得浪涌阻抗降低。因此，P型第一層18a 位于前表面IOa側(cè)是優(yōu)選的。在這種情況下，在0. 1 μ m深度或者在距離前表面IOa更大的 深度處形成空穴阻止層19是優(yōu)選的。如可以從圖5A和5B理解的，為了在0. 1 μ m或更大的 深度處形成空穴阻止層，需要利用IOOkev或者更大能量的離子注入來(lái)形成空穴阻止層19。 替代地，如將在下面描述的圖20和22中所示，可以在空穴阻止層19上方形成P型接觸區(qū) 18c。如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例，N型空穴阻止層19形成在虛設(shè)元件的P型浮置層18 中。此外，浮置層18被劃分為第一層18a和第二層18b，并且第一層18a連接至發(fā)射極電極 21，即接地。由于第一層18a電連接至發(fā)射極電極21，浮置層18被箝位至發(fā)射極電極21的電 勢(shì)(即，GND)。在這種方案中，在整個(gè)浮置層18中幾乎沒(méi)有電荷存儲(chǔ)在從集電極電極M到 柵極電極17的路徑中形成的反饋電容器。因此，在進(jìn)行開(kāi)關(guān)的時(shí)候幾乎沒(méi)有電荷進(jìn)行放 電。因此，開(kāi)關(guān)時(shí)間減小，使得能夠降低開(kāi)關(guān)損耗。相反地，在常規(guī)結(jié)構(gòu)中，由于要求大量的 時(shí)間來(lái)對(duì)開(kāi)關(guān)時(shí)存儲(chǔ)在浮置層中的大量電荷進(jìn)行放電，所以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗。應(yīng)注意到，由于第一層18a接地至發(fā)射極電極21的這一事實(shí)，空穴可能通過(guò)浮置 層18而被從半導(dǎo)體襯底10汲取到發(fā)射極電極21。然而，在P型浮置層18中的N型空穴 阻止層18可以用作電勢(shì)阻擋層。因此，空穴阻止層19可以防止空穴從半導(dǎo)體襯底10被汲取，或者可以減小從半導(dǎo)體襯底10汲取的空穴的量。也就是說(shuō)，空穴阻止層19能夠適當(dāng)?shù)?限制空穴的流動(dòng)。因?yàn)榭昭ㄗ柚箤?9的原因，在半導(dǎo)體襯底10中流動(dòng)的空穴被汲取到發(fā) 射極電極21的可能性變小。因此，半導(dǎo)體襯底10中空穴和電子的濃度增大，使得能夠加速 傳導(dǎo)率調(diào)制。結(jié)果，半導(dǎo)體襯底10的阻抗減小，使得能夠降低IGBT元件的導(dǎo)通電壓。通過(guò)這種方式，通過(guò)將虛設(shè)元件中的浮置層18中的空穴阻止層19連接至發(fā)射極 電極21來(lái)實(shí)現(xiàn)低的導(dǎo)通電壓和低的開(kāi)關(guān)損耗。此外，由于浮置層18連接至發(fā)射極電極18，所以改善了整個(gè)IGBT元件的動(dòng)態(tài)擊穿 電壓和靜態(tài)擊穿電壓，使得能夠有助于抗擊穿電壓設(shè)計(jì)。此外，由于空穴阻止層19位于浮 置層18的淺區(qū)，所以能夠有助于抗擊穿電壓設(shè)計(jì)。例如，空穴阻止層19距離半導(dǎo)體襯底1的前表面IOa的HS峰值深度可以等于或 者小于浮置層18距離半導(dǎo)體襯底1的前表面IOa的深度的50%，優(yōu)選20%。當(dāng)空穴阻止 層19位于浮置層18中的這種較淺的深度時(shí)，能夠有效地降低IGBT元件的損耗。溝道層13對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求中的溝道區(qū)。浮置層18對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求中的浮置區(qū)。 第一層18a對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求中的第一區(qū)。第二層IOb對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求中的第二區(qū)。(第二實(shí)施例)下面將參考圖12A、12B和13來(lái)描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。第二實(shí)施例在以下 幾點(diǎn)不同于第一實(shí)施例。根據(jù)第一實(shí)施例，在核區(qū)2中僅形成IGBT元件。相反地，根據(jù) 第二實(shí)施例，除了 IGBT元件之外在核區(qū)2中形成了二極管元件，使得能夠形成反向?qū)?IGBT(RC-IGBT)。在核區(qū)2中，交替設(shè)置形成IGBT元件的IGBT區(qū)和形成二極管元件的二極管區(qū)。圖12A對(duì)應(yīng)于形成在核區(qū)2的IGBT區(qū)中的IGBT元件的單元結(jié)構(gòu)，而圖12B對(duì)應(yīng) 于形成在核區(qū)2的二極管區(qū)沈中的二極管元件的單元結(jié)構(gòu)。如圖12A所示，在IGBT區(qū)25中，場(chǎng)停止層22形成在半導(dǎo)體襯底10的前表面IOa 側(cè)，并且P型集電極層23形成在場(chǎng)停止層22上。因此，在IGBT區(qū)25中，從集電極層23供
應(yīng)空穴。相反地，如圖12B所示，在二極管區(qū)沈中，N型陰極層27形成在場(chǎng)停止層22上。 因此，在二極管區(qū)沈中，在發(fā)射極和集電極之間形成二極管?？傊ㄟ^(guò)以陰極層27部分替代集電極層23的方式來(lái)改變第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)能 夠?qū)崿F(xiàn)第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。具有集電極層23的IGBT區(qū)用作IGBT元件，并且具有陰極層27 的二極管區(qū)沈用作二極管元件。在二極管區(qū)沈中，集電極電極M用作陰極電極。以預(yù)定的圖案重復(fù)設(shè)置如圖12A中所示的IGBT元件的單元結(jié)構(gòu)以及如圖12B中 所示的二極管元件的單元結(jié)構(gòu)，使得能夠形成圖13中所示的結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意到，在核區(qū)2上 以鏡像的方式重復(fù)設(shè)置如圖13中所示的結(jié)構(gòu)。具體而言，如圖13所示，在半導(dǎo)體襯底10的前表面IOa側(cè)上，在IGBT區(qū)25和二極 管區(qū)沈上方重復(fù)設(shè)置具有發(fā)射極區(qū)14的溝道層13以及具有空穴阻止層19的浮置層18。 相反地，在半導(dǎo)體襯底10的背表面IOb側(cè)，集電極層23形成在IGBT區(qū)25中的場(chǎng)停止層22 上，并且陰極層27形成在二極管區(qū)沈中的場(chǎng)停止層22上。通過(guò)這種方式，基于在場(chǎng)停止 層22上是形成了集電極層23還是形成了陰極層27而將IGBT區(qū)25與二極管區(qū)沈彼此區(qū) 分開(kāi)。
如上所述，根據(jù)第二實(shí)施例，核區(qū)2配置為RC-IGBT。在這種情況下，由于在核區(qū)2 上方形成溝道，所以電子電流流動(dòng)增大，使得能夠降低IGBT的導(dǎo)通電壓。與第一實(shí)施例一樣，P+型主體區(qū)15未形成在浮置層18中，并且空穴阻止層19位 于比形成在溝道層13中主體區(qū)15的底部的深度更淺的深度處。因此，由于防止了從主體 區(qū)15注入到半導(dǎo)體襯底10的空穴的量的增大，所以能夠防止二極管元件的恢復(fù)損耗的增 大。(第三實(shí)施例)下面將參考圖14來(lái)描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。第三實(shí)施例與第二實(shí)施例的不同 之處在于以下幾點(diǎn)。如圖14所示，與第二實(shí)施例一樣，在IGBT區(qū)25中重復(fù)設(shè)置具有發(fā)射 極區(qū)14的溝道層13和具有空穴阻止層19的浮置層18。然而，與第二實(shí)施例不一樣的是，發(fā)射極區(qū)14和空穴阻止層19未形成在二極管 區(qū)沈中的基極區(qū)11。也就是說(shuō)，二極管區(qū)沈沒(méi)有溝道層13。換句話說(shuō)，二極管區(qū)沈沒(méi)有 IGBT元件部分。因此，二極管元件的正向電壓受IGBT元件影響的可能性變小。通過(guò)這種方式，根據(jù)第三實(shí)施例，二極管元件位于IGBT區(qū)25和二極管區(qū)沈之間 的邊界上。(第四實(shí)施例)下面將參考圖15來(lái)描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。第四實(shí)施例與第三實(shí)施例的不同 之處在于以下幾點(diǎn)。如圖15所示，根據(jù)第四實(shí)施例，發(fā)射極區(qū)14形成在基極層11中，在溝 槽12的深度方向上，所述基極層11位于集電極層23和陰極層27之間的邊界上?；鶚O層 11用作溝道層13。也就是說(shuō)，IGBT區(qū)25覆蓋二極管區(qū)沈的外部邊緣，使得IGBT元件能 夠位于IGBT區(qū)25和二極管區(qū)沈之間的邊界上。即使在IGBT元件位于IGBT區(qū)25和二極管區(qū)沈之間的邊界上時(shí)，二極管區(qū)沈幾 乎沒(méi)有IGBT元件部分，因此，與第三實(shí)施例一樣，二極管元件的正向電壓受IGBT元件影響 的可能性變小。(第五實(shí)施例)下面將參考圖16來(lái)描述本發(fā)明的第五實(shí)施例。第五實(shí)施例與第二實(shí)施例的不同 之處在于以下幾點(diǎn)。如圖16所示，根據(jù)第五實(shí)施例，空穴阻止層19形成在二極管區(qū)沈中 的每個(gè)基極層(即，浮置層18)中。應(yīng)注意到，二極管元件位于IGBT區(qū)25和二極管區(qū)沈 之間的邊界上。由于空穴阻止層19形成在二極管區(qū)沈中的每個(gè)浮置層18中，所以能夠降低從半 導(dǎo)體襯底10注入到二極管區(qū)沈中的浮置層18的空穴的量。(第六實(shí)施例)下面將參考圖17來(lái)描述第六實(shí)施例。第六實(shí)施例與第五實(shí)施例的不同之處在于 以下幾點(diǎn)。如圖17所示，根據(jù)第六實(shí)施例，發(fā)射極區(qū)14形成在基極層11中，所述基極層11 在溝槽12的深度方向上位于集電極層23和陰極層27之間的邊界上。基極層11用作溝道 層13。也就是說(shuō)，IGBT區(qū)25與二極管區(qū)沈的外部邊緣重疊，使得IGBT元件能夠位于IGBT 區(qū)25和二極管區(qū)沈之間的邊界上。(第七實(shí)施例)下面將參考圖18A和18B來(lái)描述本發(fā)明的第七實(shí)施例。第七實(shí)施例與第二到第六實(shí)施例的不同之處在于以下幾點(diǎn)。圖18A是示出了根據(jù)第七實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片1的平面 視圖的示意圖。圖18B是示出了沿著圖18A中的線XVIII截取的截面圖的一部分的示意圖。如圖18A所示，根據(jù)第七實(shí)施例，以帶狀圖案交替設(shè)置IGBT區(qū)25和二極管區(qū)26。 如圖18B所示，在半導(dǎo)體襯底10的背表面IOb側(cè)，P+型集電極層23形成在IGBT區(qū)25中的 場(chǎng)停止層22上，并且N+型陰極層27形成在二極管區(qū)沈中的場(chǎng)停止層22上。因此，以帶 狀圖案交替設(shè)置集電極層23和陰極層27。此外，根據(jù)第七實(shí)施例，發(fā)射極區(qū)14和主體區(qū)15部分地形成在接近IGBT區(qū)25的 二極管區(qū)沈。在這種方案中，增加了 IGBT元件的溝道區(qū)，使得能夠降低導(dǎo)通電壓Von。(第八實(shí)施例)下面將參考圖19來(lái)描述本發(fā)明的第八實(shí)施例。圖19是示出了根據(jù)第八實(shí)施例 的IGBT元件的部分截面圖的示意圖。第八實(shí)施例與前述實(shí)施例的不同之處在于以下幾點(diǎn)。 當(dāng)如上所述通過(guò)離子注入來(lái)形成空穴阻止層19時(shí)，可能發(fā)生空穴阻止層19的未對(duì)準(zhǔn)，即， 空穴阻止層19的損耗。為了防止這個(gè)問(wèn)題，如圖19所示，發(fā)射極區(qū)14可以伸長(zhǎng)至浮置層 18。在這種方案中，施加離子注入以形成發(fā)射極區(qū)14的發(fā)射極區(qū)能夠與施加離子注入以形 成空穴阻止層19的HS層區(qū)重疊。應(yīng)注意到，空穴阻止層19伸長(zhǎng)至溝道層13可能影響閾 值電壓Vth。因此，發(fā)射極區(qū)14伸長(zhǎng)至浮置層18是優(yōu)選的。盡管圖19示出了 IGBT元件，但是第八實(shí)施例可以應(yīng)用于RC-IGBT。(第九實(shí)施例)下面將參考圖20來(lái)描述本發(fā)明的第九實(shí)施例。圖20是示出了根據(jù)第九實(shí)施例的 IGBT元件的部分截面圖的示意圖。第九實(shí)施例與前述實(shí)施例的不同之處在于以下幾點(diǎn)。在前述實(shí)施例中，如果空穴阻止層19上的第一層18a的表面濃度低，則可能產(chǎn)生 接觸阻抗。為了防止這個(gè)問(wèn)題，根據(jù)第九實(shí)施例，P+型薄接觸區(qū)18C形成在浮置層18的第 一層18a的表面部分中。由于接觸區(qū)18c用于接觸目的，所以接觸區(qū)18c形成在第一層18a 中非常淺的深度處。應(yīng)注意到，與發(fā)射極區(qū)14相鄰的主體區(qū)15的形成位置深于發(fā)射極區(qū) 14，使得能夠?qū)崿F(xiàn)高的抗浪涌能力?？梢栽趯娱g電介質(zhì)層20中形成接觸孔20a之后形成接觸區(qū)18c。在圖20所示的 示例中，核區(qū)2配置為IGBT元件。替代地，核區(qū)2可以配置為RC-IGBT。(第十實(shí)施例)下面將從參考圖21來(lái)描述本發(fā)明的第十實(shí)施例。第十實(shí)施例與第八實(shí)施例不同 之處在于以下幾點(diǎn)。圖21示出了 IGBT區(qū)25和二極管區(qū)沈之間的邊界。根據(jù)第八實(shí)施例，核區(qū)2配置為IGBT元件。相反地，根據(jù)第十實(shí)施例，核區(qū)2配置 為RC-IGBT。此外，根據(jù)第十實(shí)施例，浮置層18(即，陽(yáng)極層)的雜質(zhì)濃度低于溝道層13的 雜質(zhì)濃度。(第^^一實(shí)施例)下面將從參考圖22來(lái)描述本發(fā)明的第十一實(shí)施例。圖22是示出了根據(jù)第十一實(shí) 施例的RC-IGBT元件的部分截面圖的示意圖。如圖22所示，如有需要可以將根據(jù)第八實(shí)施 例的發(fā)射極區(qū)14的伸長(zhǎng)結(jié)構(gòu)、根據(jù)第九實(shí)施例的浮置層18的接觸區(qū)18c以及根據(jù)第十實(shí) 施例的低濃度浮置層18結(jié)合起來(lái)。在圖22所示的示例中，由于P+型接觸區(qū)18c形成在距 離前表面IOa的非常淺的區(qū)域中，所以P+型接觸區(qū)18c的空穴注入效率小于P+型主體區(qū)15的空穴注入效率，所述P+型主體區(qū)15形成在距離前表面IOa的深的區(qū)域中。因此，能夠降 低RC-IGBT的AC損耗。(第十二實(shí)施例)下面參考圖23A和2 來(lái)描述本發(fā)明的第十二實(shí)施例。第十二實(shí)施例與前述實(shí)施 例的不同之處在于以下幾點(diǎn)。在前述實(shí)施例中，以規(guī)則的間隔來(lái)設(shè)置溝槽12，使得溝道層 13和浮置層18能夠具有相同的寬度。相反地，根據(jù)第十二實(shí)施例，以不規(guī)則的間隔來(lái)設(shè)置 溝槽12，使得溝道層13和浮置層18能夠具有不同的寬度。在圖23A和2 所示的示例中，通過(guò)浮置層18的寬度可以大于溝道層13的寬度 的方式，以不規(guī)則的間隔來(lái)設(shè)置溝槽12。具體而言，以2X的第一間隔來(lái)設(shè)置其間形成了溝道層13的溝槽12，并且以2Y的 第二間隔來(lái)設(shè)置其間形成了浮置層18的溝槽12。X和Y是正值，并且Y大于X。應(yīng)注意到， 圖23A和2 示出了 IGBT元件和二極管元件的單元結(jié)構(gòu)。因此，溝道層13的寬度對(duì)應(yīng)于 2X，浮置層18的寬度對(duì)應(yīng)于2Y。例如，圖23A和2 所示的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)增加圖12A和12B中所示的結(jié)構(gòu)的浮置 層18的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)。如上所示，根據(jù)第十二實(shí)施例，浮置層18的寬度大于溝道層13的寬度。在這種方 案中，盡管降低了 IGBT區(qū)25用作柵極的部分，但是增加了 IGBT區(qū)25連接至發(fā)射極區(qū)14 的部分。因此，幾乎沒(méi)有電荷存儲(chǔ)在反饋電容中，使得能夠?qū)崿F(xiàn)IGBT元件的高速開(kāi)關(guān)?？傊?，根據(jù)前述實(shí)施例，X = Y使得浮置層18的寬度能夠等于溝道層13的寬度。 相反地，根據(jù)第十二實(shí)施例，X < Y使得浮置層18的寬度能夠大于溝道層13的寬度，也就 是說(shuō)，能夠?qū)喜?2形成為X < Y。(第十三實(shí)施例)下面將參考圖M來(lái)描述本發(fā)明的第十三實(shí)施例。第十三實(shí)施例與前述實(shí)施例的 不同之處在于以下幾點(diǎn)。前述實(shí)施例基于垂直溝槽柵極IGBT，其中柵極電極17通過(guò)柵極絕 緣層16掩埋至形成在半導(dǎo)體襯底10中的溝槽12。相反地，第十三實(shí)施例基于垂直平面柵 極 IGBT。圖M是根據(jù)第十三實(shí)施例的IGBT元件的透視截面圖并且例如對(duì)應(yīng)于圖3。如圖M所示，P型區(qū)形成在N_型半導(dǎo)體襯底10的前表面IOa側(cè)上。在平行于半 導(dǎo)體襯底10的前表面IOa的方向上，以帶狀圖案來(lái)設(shè)置P型區(qū)。P型區(qū)對(duì)應(yīng)于前述實(shí)施例 中的溝道層13和浮置層18。對(duì)應(yīng)于溝道層13的P型區(qū)在下文中稱為溝道區(qū)13，并且對(duì)應(yīng) 于浮置層18的P型區(qū)在下文中稱為浮置區(qū)18。N+型發(fā)射極區(qū)14形成在溝道區(qū)13的表面部分中。N+型發(fā)射極區(qū)14沿著溝道區(qū) 13延伸并且彼此間隔開(kāi)。P+型主體區(qū)15形成在發(fā)射極區(qū)14之間并且沿著發(fā)射極區(qū)14延 伸。N型空穴阻止層19形成在浮置區(qū)18中并且將浮置區(qū)18劃分為第一層18a和第二層 18b。第一層18a相對(duì)于空穴阻止層19位于半導(dǎo)體襯底10的前表面18a側(cè)上。第二層18b 相對(duì)于空穴阻止層19位于半導(dǎo)體襯底10的背表面18b側(cè)上。第一層18a在下文中稱為第 一區(qū)18a，并且第二層1 在下文中稱為第二區(qū)18b?？昭ㄗ柚箤?9的兩端到達(dá)半導(dǎo)體襯底10的前表面10a，使得能夠通過(guò)空穴阻止層 19將第一區(qū)18a和第二區(qū)18b彼此完全間隔開(kāi)。應(yīng)注意到，在圖M中空穴阻止層19由粗實(shí)線表示。與前述實(shí)施例一樣，空穴阻止層19以淺的深度形成在溝道區(qū)13中。空穴阻止層 19的峰值深度等于或者小于溝道區(qū)13距離半導(dǎo)體襯底10的前表面10a的深度的百分之 五十是優(yōu)選的。空穴阻止層19的峰值深度等于或小于溝道區(qū)13距離半導(dǎo)體襯底10的前 表面10a的深度的百分之二十是更優(yōu)選的。在這種方案中，即使在平面柵極IGBT元件的情 況下，也能夠有效地降低開(kāi)關(guān)損耗。柵極絕緣層16形成在半導(dǎo)體襯底10的前表面10a上。接觸孔16a形成在柵極絕 緣層16中，使得發(fā)射極區(qū)14的一部分、主體區(qū)15以及第一區(qū)18a能夠通過(guò)接觸孔16a暴 露至柵極絕緣層16外側(cè)。柵極電極17形成在柵極絕緣層16上并且覆蓋有柵極絕緣層16。 發(fā)射極電極21 (未示出)形成在柵極絕緣層16上并且通過(guò)接觸孔16a電連接至發(fā)射極區(qū) 14、主體區(qū)15以及第一區(qū)18a。N型場(chǎng)停止層22、P+型集電極層23以及集電極電極M以上述順序形成在半導(dǎo)體 襯底10背表面10b側(cè)上。如從圖M中可以看出的，在其中交替設(shè)置溝道區(qū)13和浮置區(qū)18的方向上，將從 溝道區(qū)13的中心到相鄰于所述溝道區(qū)13的浮置區(qū)18的中心的區(qū)域定義為單元核。重復(fù) 設(shè)置所述單元核。如上所述，在平面柵極IGBT元件的情況下，可以在浮置區(qū)18中形成空穴阻止層 19。(第十四實(shí)施例)下面將參考圖25和沈來(lái)描述本發(fā)明的第十四實(shí)施例。圖25是根據(jù)第十四實(shí)施例 的IGBT元件的平面視圖。圖沈是沿著線XXVI-XXVI截取的截面圖。如圖25所示，在平行 于半導(dǎo)體襯底10的前表面10a的方向上，以Z字形圖案來(lái)設(shè)置溝道區(qū)13和浮置區(qū)18。具 體而言，溝道區(qū)13和浮置區(qū)18交替設(shè)置在行和列兩個(gè)方向上并且在行和列兩個(gè)方向上對(duì) 準(zhǔn)。因此，如圖沈所示，矩形接觸孔16a形成在柵極絕緣層16中并且設(shè)置為Z字形圖案。如上所述，在平面柵極IGBT元件的情況下，能夠以Z字形圖案來(lái)設(shè)置溝道區(qū)13和 浮置區(qū)18。(第十五實(shí)施例)下面將參考圖27來(lái)描述本發(fā)明的第十五實(shí)施例。圖27是根據(jù)第十五實(shí)施例的 IGBT元件的平面視圖。與第十四實(shí)施例一樣，以Z字形圖案來(lái)設(shè)置溝道區(qū)13和浮置區(qū)18。 如可以通過(guò)比較圖25和27看出，第十五實(shí)施例與第十四實(shí)施例的不同之處在于溝道區(qū)13 和浮置區(qū)18在行(或列)方向上未對(duì)準(zhǔn)。(第十六實(shí)施例)下面將參考圖觀來(lái)描述本發(fā)明的第十六實(shí)施例。圖觀根據(jù)第十六實(shí)施例的IGBT 元件的透視截面圖。如圖觀所示，根據(jù)第十六實(shí)施例，一個(gè)溝道區(qū)13與兩個(gè)浮置區(qū)18配 對(duì)以形成單元核。溝道區(qū)13和浮置區(qū)18在平行于半導(dǎo)體襯底10的前表面10a的方向上 延伸。通過(guò)這種方式，能夠增加相鄰的溝道區(qū)13之間的浮置區(qū)18的數(shù)量，使得能夠增加相 鄰的溝道區(qū)13之間的間隔。(第十七實(shí)施例)下面將參考圖四來(lái)描述本發(fā)明的第十七實(shí)施例。圖四是根據(jù)第十七實(shí)施例的IGBT元件的透視截面圖。如可以從圖四看出，第十七實(shí)施例對(duì)應(yīng)于第十四實(shí)施例和第十六 實(shí)施例的組合。通過(guò)這種方式，能夠以Z字形圖案來(lái)設(shè)置溝道區(qū)13和浮置區(qū)18，同時(shí)增加 相鄰的溝道區(qū)13之間的浮置區(qū)18的數(shù)量。(第十八實(shí)施例)下面將參考圖30來(lái)描述本發(fā)明的第十八實(shí)施例。第十三到十七實(shí)施例基于平面 柵極IGBT。相反地，第十八實(shí)施例基于平面柵極RC-IGBT。如圖30所示，在半導(dǎo)體襯底10 的背表面10b側(cè)上，P+型集電極層23形成在IGBT區(qū)25中，并且N+型陰極層27形成在二 極管區(qū)沈中。例如，如圖18所示，以帶狀圖案交替設(shè)置IGBT區(qū)25和二極管區(qū)26。(第十九實(shí)施例)下面將從參考圖31來(lái)描述本發(fā)明的第十九實(shí)施例。第十九實(shí)施例與第十八實(shí)施 例的不同之處在于以下點(diǎn)。在第十八實(shí)施例中，以帶狀圖案交替設(shè)置溝道區(qū)13和浮置區(qū) 18。在十九實(shí)施例中，與第十四實(shí)施例一樣，以Z字形圖案來(lái)設(shè)置溝道區(qū)13和浮置區(qū)18。(第二十實(shí)施例)下面將參考圖32和圖33A-33C來(lái)描述本發(fā)明的第二十實(shí)施例。圖32是根據(jù)第 二十實(shí)施例的橫向IGBT的平面視圖。圖33A是沿著圖32中線XXXIIIA-XXXIIIA截取的截 面圖，圖3 是是沿著圖32中線XXXIIIB-XXXIIIB截取的截面圖，并且圖33C是是沿著圖 32中線XXXIIIC-XXXIIIC截取的截面圖。如圖33A-33C所示，絕緣層(BOX 掩埋氧化層)10f形成在支撐襯底IOe上，并且 N+型半導(dǎo)體層形成在絕緣層10f上，使得能夠形成SOI襯底10g。絕緣層10f上的N—型半 導(dǎo)體層對(duì)應(yīng)于前述實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底10。因此，絕緣層10f上的N_型半導(dǎo)體層在下文 中有時(shí)稱為“半導(dǎo)體層10”。如圖32所示，矩形環(huán)形溝槽10h形成在半導(dǎo)體層10中。溝槽10h到達(dá)絕緣層10f。 盡管在附圖中未示出，溝槽10h填充有絕緣材料。橫向IGBT形成在溝槽10h圍繞的區(qū)域中。具體而言，如圖33A-33C所示，P型集電極層23形成在N型緩沖區(qū)觀的表面部分 中，所述N型緩沖區(qū)觀形成在半導(dǎo)體層10的表面部分中。如圖32所示，集電極層23沿著 平行于半導(dǎo)體層10的前表面10a的第一方向延伸。LOCOS氧化層四形成在半導(dǎo)體層10的 表面部分中。所述LOCOS氧化層四位于集電極層23的兩側(cè)并且沿著集電極層23延伸。此外，如圖32所示，P型區(qū)形成在相鄰的LOCOS氧化層四之間并且沿著第一方向 延伸。通過(guò)在垂直于所述第一方向的第二方向上延伸的溝槽12將相鄰的LOCOS氧化層四 之間的P型區(qū)劃分為溝道區(qū)13和浮置區(qū)18。在第一方向上交替設(shè)置溝道區(qū)13和浮置區(qū) 18。N+型發(fā)射極區(qū)14形成在溝道區(qū)13中并且在第二反向上彼此間隔開(kāi)。P+型主體區(qū)15 形成在發(fā)射極區(qū)14之間。柵極絕緣層16和柵極電極17掩埋在每個(gè)溝槽中，使得能夠形成溝槽柵極結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn) 單起見(jiàn)，在圖32和圖33A-33C中省略了溝槽12中的柵極絕緣層16和柵極電極17。如圖33C所示，N型空穴阻止層19形成在浮置區(qū)18中以將浮置區(qū)18劃分為第一 區(qū)18a和第二區(qū)18b。第一區(qū)18a相對(duì)于N型空穴阻止層19位于半導(dǎo)體層10的第一表面 10a側(cè)上，并且第二區(qū)18b相對(duì)于N型空穴阻止層19位于支撐襯底IOe側(cè)上?？昭ㄗ柚箤?19的兩端到達(dá)半導(dǎo)體層10的前表面10a，使得第一區(qū)18a和第二區(qū)18b能夠通過(guò)空穴阻止層19完全彼此間隔開(kāi)。應(yīng)注意到，空穴阻止層19在圖33C中由粗實(shí)線表示。此外，如圖32所示，由多晶硅制成的柵極電極17形成在半導(dǎo)體層10的前表面IOa 上。柵極電極17沿著LOCOS氧化層四延伸。柵極電極17位于LOCOS氧化層四和形成溝 道區(qū)13和浮置區(qū)18的P型區(qū)之間。柵極電極17的第一端位于LOCOS氧化層四上，并且 柵極電極17的第二端位于溝槽12中。在圖33A-33C中，柵極電極17的一部分直接形成在半導(dǎo)體層10的前表面IOa上。 然而，實(shí)際上，柵極電極17的該部分形成在位于半導(dǎo)體層10的前表面IOa的柵極絕緣層16 上(未示出)。如從圖33A中可以看出的，從主體區(qū)15到集電極層23的區(qū)域限定了單元核。如 圖32中所示，重復(fù)設(shè)置單元核。以能夠?qū)l(fā)射極區(qū)14的一部分、主體區(qū)15以及集電極層 23的一部分暴露置絕緣層30外側(cè)的方式，LOCOS氧化層四覆蓋有絕緣層30。發(fā)射極電極 21形成在所暴露的發(fā)射極區(qū)14和主體區(qū)15上。集電極電極23形成在所暴露的集電極層 23上。簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖3 和33C中省略了絕緣層30、發(fā)射極電極21以及集電極電極M。 第一層18a連接至接地的發(fā)射極電極21。如上所述，在橫向溝槽柵極IGBT元件的情況下，能夠在浮置區(qū)18中形成空穴阻止 層19。(第二—十一實(shí)施例)下面將參考圖34A和34B來(lái)描述本發(fā)明的第二十一實(shí)施例。圖34A是根據(jù)第 二十一實(shí)施例的IGBT的平面圖。圖34B是沿著圖34A中的線XXXIVB-XXXIVB截取的截面 圖。如圖34A所示，根據(jù)第二十一實(shí)施例，由N型陰極層27部分地替代P型集電極層 23，使得能夠形成橫向RC-IGBT。經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體層10和緩沖區(qū)觀的從溝道區(qū)13到集電極層 23的區(qū)域用作IGBT。另一方面，經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體層10和緩沖區(qū)觀的從溝道區(qū)13到陰極層27 的區(qū)域用作二極管。如圖34B所示，N型陰極層27形成在緩沖區(qū)觀的表面部分中。應(yīng)注意到，溝槽12 和浮置區(qū)18中的截面圖與如圖3 和33C中所示的相同。在圖34中，LP代表陰極層23在平行于半導(dǎo)體層10的前表面1Oa的第一方向上 的長(zhǎng)度，并且LN代表陰極層27在第一方向上的長(zhǎng)度。集電極層23的長(zhǎng)度LP大于陰極層 27的長(zhǎng)度LN是優(yōu)選的。在這種方案中，與集電極層23的長(zhǎng)度LP等于陰極層27的長(zhǎng)度LN 時(shí)相比，能夠降低IGBT的導(dǎo)通電壓。(變型)例如，能夠以下面的各種方式來(lái)修改上述實(shí)施例。在實(shí)施例中，溝槽12具有環(huán)形，位于相鄰的溝槽12之間的基極層11提供溝道層 13，并且由溝槽12圍繞的基極層12提供浮置層18。這是溝槽12的布置的一個(gè)示例。溝槽 12可以具有不同的布置?？梢詫⒌诙降诹鶎?shí)施例的IGBT區(qū)25和二極管區(qū)沈之間的邊界上的溝槽柵極 RC-IGBT的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到第八和第九實(shí)施例的平面柵極RC-IGBT。在實(shí)施例中，通過(guò)離子注入來(lái)形成空穴阻止層19。替代地，可以通過(guò)熱擴(kuò)散來(lái)形成空穴阻止層19。在這種情況下，如圖35A所示，通過(guò)磷(HS-N)來(lái)轉(zhuǎn)化浮置層18(P_溝道)， 然后通過(guò)硼(HS-P)來(lái)轉(zhuǎn)化磷(HS-N)。因此，如圖35B所示，最終的濃度變化可能變大。為了 防止這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)通過(guò)離子注入來(lái)形成空穴阻止層19時(shí)，可以通過(guò)添加特定的硼層(HS-P) 形成作為空穴阻止層19的適當(dāng)磷層(HS-N)來(lái)代替主體區(qū)15。應(yīng)注意到，圖35A和35B中 的每一個(gè)中的垂直軸是對(duì)數(shù)表示的。在實(shí)施例中，N+型發(fā)射極區(qū)14和P+型主體區(qū)15形成在溝道層13或者溝道區(qū)13 中。替代地，如圖36A所示，N+型發(fā)射極區(qū)14和P+型主體區(qū)15可以直接形成在半導(dǎo)體襯 底10的前表面IOa側(cè)以形成溝道較少的結(jié)構(gòu)。在RC-IGBT的情況下，如圖36B所示，N型 陰極層27可以形成在半導(dǎo)體襯底10的背表面IOb側(cè)。溝道較少的結(jié)構(gòu)降低了溝道阻抗， 使得能夠有效地降低導(dǎo)通電壓。即使在溝道較少的結(jié)構(gòu)中，如有需要可以調(diào)整溝槽12的間 隔 X、Y。這些改變和變型應(yīng)被理解為落入所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有IGBT元件的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，包括 具有第一表面(IOa)的第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底(10)；所述襯底(10)的第一表面?zhèn)壬系亩鄠€(gè)第二導(dǎo)電類型的溝道區(qū)(13)； 所述襯底(10)的所述第一表面?zhèn)壬系亩鄠€(gè)第二導(dǎo)電類型的浮置區(qū)(18)，每個(gè)浮置區(qū) 距離所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面(IOa)具有預(yù)定的深度； 每個(gè)溝道區(qū)(13)的表面部分中的第一導(dǎo)電類型的發(fā)射極區(qū)(14)； 每個(gè)溝道區(qū)(13)的所述表面部分中的第二導(dǎo)電類型的主體區(qū)(15)，所述主體區(qū)(15) 深于所述發(fā)射極區(qū)(14)；每個(gè)浮置區(qū)(18)中的第一導(dǎo)電類型的空穴阻止層(19)，用于在所述浮置區(qū)(18)的 所述深度的方向上將所述浮置區(qū)(18)劃分為第一區(qū)(18a)和第二區(qū)(18b)，所述第一區(qū) (18a)位于所述襯底(10)的所述第一表面?zhèn)?，所述第二區(qū)(18b)位于所述浮置區(qū)(18)的底 側(cè)；以及發(fā)射極電極(21)，位于所述襯底(10)的所述第一表面(IOa)上并且電連接至所述發(fā)射 極區(qū)(14)和所述第一區(qū)(18)中的每一個(gè)，其中在平行于所述襯底的所述第一表面(IOa)的方向上，以使至少一個(gè)浮置區(qū)(18)位于相 鄰的溝道區(qū)(13)之間的方式，以預(yù)定圖案來(lái)重復(fù)設(shè)置所述多個(gè)溝道區(qū)(13)和所述多個(gè)浮 置區(qū)(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，其中所述空穴阻止層(19)距離所述襯底(10)的所述第一表面(IOa)的峰值深度等于或者 小于所述浮置區(qū)(18)的所述深度的百分之五十。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，其中所述空穴阻止層(19)距離所述襯底(10)的所述第一表面(IOa)的峰值深度等于或者 小于所述浮置區(qū)(18)的所述深度的百分之二十。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，還包括所述襯底(10)的所述第一表面(IOa)側(cè)上的第二導(dǎo)電類型的基極層(11)； 多個(gè)溝槽(12)，位于所述襯底(10)的所述第一表面(IOa)側(cè)上并且將所述基極層 (11)劃分為所述多個(gè)溝道區(qū)(13)和所述多個(gè)浮置區(qū)(18)； 每個(gè)溝槽(12)的內(nèi)表面上的柵極絕緣層(16)； 所述柵極絕緣層(16)上的柵極電極(17)；所述半導(dǎo)體(10)的第二表面(IOb)側(cè)上的第二導(dǎo)電類型的集電極層(23)，所述第二表 面(IOb)與所述第一表面(IOa)相對(duì)；以及所述集電極層上的集電極電極(M)，其中 所述IGBT元件配置為垂直溝槽柵極IGBT。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，其中相鄰的溝槽(12)的第一間隔小于相鄰的溝槽(12)的第二間隔，在所述第一間隔之間 設(shè)置每個(gè)溝道區(qū)(13)，在所述第二間隔之間設(shè)置每個(gè)浮置區(qū)(18)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，其中相鄰的溝槽(1 的第一間隔等于或者小于相鄰的溝槽(1 的第二間隔，在所述第一 間隔之間設(shè)置每個(gè)溝道區(qū)(13)，在所述第二間隔之間設(shè)置每個(gè)浮置區(qū)(18)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，還包括在所述襯底的所述第一表面(IOa)上對(duì)應(yīng)于每個(gè)溝道區(qū)(1 的位置處的柵極絕緣層 (16)；所述柵極絕緣層(16)上的柵極電極(17)；所述半導(dǎo)體(10)的第二表面(IOb)側(cè)上的第二導(dǎo)電類型的集電極層(23)，所述第二表 面(IOb)與所述第一表面(IOa)相對(duì)；以及所述集電極層上的集電極電極(M)，其中 所述IGBT元件配置為垂直平面柵極IGBT。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，還包括所述半導(dǎo)體(10)的所述第二表面(IOb)側(cè)上的第一導(dǎo)電類型的陰極層(27)，其中 對(duì)應(yīng)于所述集電極層03)的區(qū)域限定了用作所述IGBT元件的IGBT區(qū)Q5)，以及 對(duì)應(yīng)于所述陰極層07)的區(qū)域限定了用作二極管元件的二極管區(qū) (26)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，其中在所述IGBT區(qū)0 和所述二極管區(qū)06)中的每一個(gè)中重復(fù)設(shè)置所述多個(gè)溝道區(qū) (13)和所述多個(gè)浮置區(qū)(18)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，其中在所述IGBT區(qū)05)中重復(fù)設(shè)置所述多個(gè)溝道區(qū)(13)和所述多個(gè)浮置區(qū)(18)，以及 所述二極管區(qū)06)中的所述基極層(11)沒(méi)有發(fā)射極區(qū)(14)和空穴阻止層(19)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，其中在每個(gè)溝槽(1 的深度方向上，所述基極層(11)在所述IGBT區(qū)0 和所述二極管 區(qū)06)之間的所述邊界上具有所述發(fā)射極區(qū)(14)，以便用作所述溝道區(qū)(13)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，其中在所述IGBT區(qū)05)中重復(fù)設(shè)置所述多個(gè)溝道區(qū)(13)和所述多個(gè)浮置區(qū)(18)，以及 所述二極管區(qū)06)中的所述基極層(11)僅具有所述空穴阻止層(19)，以便用作所述 浮置區(qū)(18)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，其中在每個(gè)溝槽(1 的深度方向上所述IGBT區(qū)0 和所述二極管區(qū)(26)之間的所述邊 界上的所述基極層(11)具有所述發(fā)射極區(qū)(14)，以便用作所述溝道區(qū)(13)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，還包括第二導(dǎo)電類型的基極層(11)，位于所述襯底(10)的所述第一表面(IOa)側(cè)上并且在平 行于所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面(IOa)的第一方向上延伸；多個(gè)溝槽(12)，位于所述襯底(10)的所述第一表面(IOa)側(cè)上并且在垂直于所述第 一方向的第二方向上延伸，所述多個(gè)溝槽(1 將所述基極層(11)劃分為所述多個(gè)溝道區(qū) (13)和所述多個(gè)浮置區(qū)(18)；每個(gè)溝槽(1 的內(nèi)表面上的柵極絕緣層(16)； 所述柵極絕緣層(16)上的柵極電極(17)；所述半導(dǎo)體襯底(10)的所述第一表面(IOa)側(cè)上的第一導(dǎo)電類型的緩沖區(qū)( )，所述 緩沖區(qū)08)與所述基極層(11)間隔開(kāi)并且沿著所述基極層(11)延伸；所述緩沖區(qū)08)的表面部分中的第二導(dǎo)電類型的集電極層03)； 所述集電極層上的集電極電極(M)，其中 所述IGBT元件配置為橫向溝槽柵極IGBT。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，還包括 部分替代所述集電極層的第一導(dǎo)電類型的陰極層07)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的絕緣柵極半導(dǎo)體器件，其中在所述第一方向上，所述集電極層的長(zhǎng)度大于所述陰極層07)的長(zhǎng)度。
全文摘要
一種絕緣柵極半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底(10)、溝道區(qū)(13)、浮置區(qū)(18)、發(fā)射極區(qū)(14)、主體區(qū)(15)、空穴阻止層(19)以及發(fā)射極電極(21)。重復(fù)設(shè)置所述溝道區(qū)(13)和所述浮置區(qū)(18)，使得至少一個(gè)浮置區(qū)(18)位于相鄰的溝道區(qū)(13)之間。所述發(fā)射極區(qū)(14)和所述主體區(qū)(15)位于每個(gè)溝道區(qū)(13)的表面部分中。所述主體區(qū)(15)深于所述發(fā)射極區(qū)(14)。所述空穴阻止層(19)位于每個(gè)浮置區(qū)(18)中，以將所述浮置區(qū)(18)劃分為第一區(qū)(18a)和第二區(qū)(18b)。所述發(fā)射極電極(21)電連接至所述發(fā)射極區(qū)(14)和所述第一區(qū)(18a)。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102148239SQ201110036148
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者河野憲司, 都筑幸夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝