專利名稱：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，在與US2007/0170549對(duì)應(yīng)的JP2007-214M1A中提出過一種半導(dǎo)體器件，其在同一半導(dǎo)體襯底中具有絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)單元和續(xù)流二極管(FWD)單元。在該半導(dǎo)體器件中，例如，在N型半導(dǎo)體襯底的表面部分中形成P型層，并在P型層的表面部分中形成N型發(fā)射極區(qū)。此外，形成第一溝槽以到達(dá)N型半導(dǎo)體襯底，同時(shí)通過穿過N型發(fā)射極區(qū)和P型層。柵極電極通過絕緣膜嵌入每個(gè)第一溝槽中。此外，在相鄰第一溝槽之間形成比N型發(fā)射極區(qū)更深的P+型區(qū)域，用于接觸。形成第二溝槽以到達(dá)P型層，同時(shí)穿過P+型區(qū)域。在N型半導(dǎo)體襯底上方通過覆蓋柵極電極的層間絕緣膜形成發(fā)射極電極。發(fā)射極電極嵌入第二溝槽中。亦即，第一溝槽被配置成形成溝槽柵極結(jié)構(gòu)，第二溝槽被配置成形成發(fā)射極接觸。在N型半導(dǎo)體襯底的后表面上形成P+型集電極區(qū)和N+型陰極區(qū)。此外，在P+型集電極區(qū)和N+型陰極區(qū)上共同形成集電極電極。在這樣的結(jié)構(gòu)中，包括P+型集電極區(qū)的區(qū)段用作IGBT元件，包括N+型陰極區(qū)的區(qū)段用作二極管元件。在二極管元件區(qū)段中，亦即，在二極管單元中，第二溝槽中嵌入的發(fā)射極電極用作二極管單元的陽極電極。陽極電極連接到的P型層的內(nèi)部雜質(zhì)濃度低于P+型區(qū)域的雜質(zhì)濃度。在操作二極管單元時(shí)，限制了從IGBT單元向二極管單元中過度注入空穴。結(jié)果，改善了二極管單元的恢復(fù)特性。不過，在該半導(dǎo)體器件中，由于第二溝槽穿過P+型區(qū)域并到達(dá)相鄰第一溝槽之間的P型層。因此，必須要形成比N型發(fā)射極區(qū)更深的P+型區(qū)域，使得P+型區(qū)域能夠接觸第二溝槽中形成的發(fā)射極電極。此外，由于P+型區(qū)域位于第一溝槽和第二溝槽之間，用于減小對(duì)IGBT的閾值電壓Vt影響的P+型區(qū)域凈空非常小。在具有P型半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體器件中也有這樣的缺點(diǎn)。此外，在JP2007-214M1的半導(dǎo)體器件中，接觸二極管單元中的發(fā)射極電極的P+ 型區(qū)域具有雜質(zhì)濃度，以確定IGBT單元的溝道區(qū)的閾值電壓Vt0雜質(zhì)濃度過高，與二極管元件陽極的雜質(zhì)濃度那樣。因此，JP2007-214541A還提出形成雜質(zhì)濃度比IGBT單元的P型區(qū)域低的P型陽極區(qū)，而不在二極管單元中形成第一溝槽和第二溝槽。在特殊工藝中利用獨(dú)立掩模形成P 型陽極區(qū)。在這樣的結(jié)構(gòu)中，限制了空穴注入到半導(dǎo)體襯底，因此可以實(shí)現(xiàn)期望的二極管特性。不過，在二極管單元中具有特殊P型陽極區(qū)的結(jié)構(gòu)中，從IGBT單元注入二極管單元的空穴相對(duì)增加。結(jié)果，正向電壓Vf將會(huì)偏移，反向恢復(fù)電容將會(huì)減小。此外，二極管單元的截面結(jié)構(gòu)與IGBT單元的不同。因此，電場(chǎng)可能集中在與位于IGBT單元末端的溝槽底部相鄰處，導(dǎo)致耐壓降低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題創(chuàng)造了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種能夠限制從IGBT單元向二極管單元過度注入空穴的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的另一目的是提供一種在用于溝槽柵極結(jié)構(gòu)的溝槽之間沒有用于發(fā)射極接觸的溝槽的半導(dǎo)體器件，能夠在操作二極管時(shí)限制從IGBT 單元向二極管單元過度注入空穴。本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠減少從IGBT元件區(qū)向二極管元件區(qū)注入空穴，同時(shí)確保耐壓的半導(dǎo)體器件。在根據(jù)一方面的半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體襯底包括第一導(dǎo)電類型的漂移層和設(shè)置于漂移層上的第二導(dǎo)電類型的基底層，其中漂移層與基底層相對(duì)的表面界定半導(dǎo)體襯底的第一表面，基底層與漂移層相對(duì)的表面界定半導(dǎo)體襯底的第二表面。與所述半導(dǎo)體襯底的所述第二表面相鄰設(shè)置第二導(dǎo)電類型的集電極層。在與所述集電極層相同水平面上，與所述半導(dǎo)體襯底的所述第二表面相鄰設(shè)置第一導(dǎo)電類型的陰極層。在集電極層和陰極層上設(shè)置集電極電極。在該半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體襯底的相對(duì)于沿所述第一表面的方向包括所述集電極層的區(qū)段構(gòu)成IGBT單元，作為IGBT元件工作，所述半導(dǎo)體襯底的相對(duì)于沿所述第一表面的方向包括所述陰極層的區(qū)段構(gòu)成二極管單元，作為二極管元件工作。IGBT單元包括溝槽、柵極絕緣膜、柵極電極、第一導(dǎo)電類型的發(fā)射極區(qū)、第二導(dǎo)電類型的第一接觸區(qū)、第一導(dǎo)電類型的浮置層和層間絕緣膜。溝槽穿透基底層，到達(dá)漂移層。柵極絕緣膜設(shè)置于溝槽的內(nèi)表面上。柵極電極設(shè)置于溝槽之內(nèi)的柵極絕緣膜上。第一導(dǎo)電類型的發(fā)射極區(qū)設(shè)置于基底層的表面部分中并接觸基底層之內(nèi)的溝槽側(cè)表面。第二導(dǎo)電類型的第一接觸區(qū)設(shè)置于基底層的表面部分中。第一導(dǎo)電類型的浮置層設(shè)置于基底層之內(nèi)，相對(duì)于溝槽深度比發(fā)射極區(qū)和第一接觸區(qū)更深的位置。浮置層將基底層分成包括發(fā)射極區(qū)和第一接觸區(qū)的第一部分以及與漂移層相鄰的第二部分。設(shè)置層間絕緣膜以覆蓋柵極電極的末端。二極管單元包括設(shè)置于基底層的表面部分中的第二導(dǎo)電類型的第二接觸區(qū)。所述IGBT單元和所述二極管單元還包括電連接到所述發(fā)射極區(qū)、所述第一接觸區(qū)和所述第二接觸區(qū)的發(fā)射極電極。在這樣的結(jié)構(gòu)中，設(shè)置于IGBT單元的基底層中的浮置層用作勢(shì)壁(potential wall)。在操作IGBT時(shí)，減少了從漂移層流到基底層的空穴。因此，不太可能向發(fā)射極電極釋放空穴。據(jù)此，漂移層中的空穴和電子濃度增加，因此增強(qiáng)了電導(dǎo)率調(diào)制。結(jié)果，漂移層的電阻減小，于是IGBT單元的穩(wěn)定損耗減少。而且，在操作二極管單元時(shí)，浮置層限制空穴從IGBT單元的第一接觸區(qū)通過漂移層向二極管單元流動(dòng)。因此，限制了從IGBT單元向二極管單元過度注入空穴。因此，限制了由于IGBT單元的柵極干擾導(dǎo)致二極管單元正向電壓的變化。通過這種方式，即使在溝槽柵極結(jié)構(gòu)的溝槽之間沒有用于發(fā)射極接觸的溝槽的結(jié)構(gòu)中，在操作二極管單元時(shí)也限制了從IGBT單元向二極管單元過度注入空穴。在根據(jù)另一方面的半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體襯底界定第一表面和第二表面，并包括第一導(dǎo)電類型的漂移層。與所述半導(dǎo)體襯底的所述第二表面相鄰設(shè)置第二導(dǎo)電類型的集電極層。在與所述集電極層相同水平面上，與所述半導(dǎo)體襯底的所述第二表面相鄰設(shè)置第一導(dǎo)電類型的陰極層。在集電極層和陰極層上設(shè)置集電極電極。在該半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體襯底的相對(duì)于沿所述第一表面的方向包括所述集電極層的區(qū)段構(gòu)成IGBT單元，作為 IGBT元件工作，所述半導(dǎo)體襯底的相對(duì)于沿所述第一表面的方向包括所述陰極層的區(qū)段構(gòu)成二極管單元，作為二極管元件工作。所述IGBT單元包括第二導(dǎo)電類型的溝道層、溝槽、柵極絕緣膜、柵極電極、第一導(dǎo)電類型的發(fā)射極區(qū)、第二導(dǎo)電類型的第一接觸區(qū)、第一導(dǎo)電類型的浮置層和層間絕緣膜。第二導(dǎo)電類型的溝道層設(shè)置于漂移層上。溝槽穿過溝道層，到達(dá)漂移層。柵極絕緣膜設(shè)置于溝槽的內(nèi)表面上。柵極電極設(shè)置于溝槽之內(nèi)的柵極絕緣膜上。 第一導(dǎo)電類型的發(fā)射極區(qū)設(shè)置于溝道層的表面部分中并接觸溝道層之內(nèi)的溝槽側(cè)表面。第二導(dǎo)電類型的第一接觸區(qū)設(shè)置于溝道層的表面部分中。第一導(dǎo)電類型的浮置層設(shè)置于溝道層之內(nèi)，相對(duì)于溝槽深度比發(fā)射極區(qū)和第一接觸區(qū)更深的位置。浮置層將浮置層分成包括發(fā)射極區(qū)和第一接觸區(qū)的第一部分以及與漂移層相鄰的第二部分。設(shè)置層間絕緣膜以覆蓋柵極電極的末端。二極管單元包括第二導(dǎo)電類型的RESURF區(qū)和第二導(dǎo)電類型的第二接觸區(qū)。第二導(dǎo)電類型的RESURF區(qū)的面密度(area density)低于溝道層，且至少在與IGBT單元和二極管單元之間的邊界相鄰的位置深度大于溝槽的深度。RESURF區(qū)用作陽極。第二導(dǎo)電類型的第二接觸區(qū)設(shè)置于RESURF區(qū)的表面部分中。在這樣的結(jié)構(gòu)中，由于二極管單元具有比溝槽深的RESURF區(qū)，所以在與IGBT單元和二極管單元之間的邊界相鄰的位置，可以將溝道層附近的漂移層中形成的耗盡層以及 RESURF區(qū)附近的漂移層中形成的耗盡層彼此平滑連接。據(jù)此，在與邊界相鄰的位置處的場(chǎng)強(qiáng)變得平滑。因此，減小了場(chǎng)集中，確保了耐壓。此外，由于設(shè)置于IGBT單元的溝道層中的浮置層用作勢(shì)壁，所以在操作IGBT單元時(shí)限制了空穴從漂移層向溝道層流動(dòng)。因此，不太可能向發(fā)射極電極釋放空穴。由于空穴濃度和電子濃度增大，所以增強(qiáng)了電導(dǎo)率調(diào)制。因此，漂移層的電阻減小，IGBT單元的穩(wěn)定損耗減少。在操作二極管單元時(shí)，浮置層阻擋空穴從IGBT單元的第一接觸區(qū)向二極管單元流動(dòng)。因此，限制了從IGBT單元向二極管單元過度注入空穴。因此，限制了由于IGBT單元的柵極干擾導(dǎo)致的二極管單元的正向電壓變化。


從參考附圖做出的以下詳細(xì)描述，將更加明了本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中由相似附圖標(biāo)記表示相似部分，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖，用于例示IGBT工作區(qū)和二極管工作區(qū)；圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖4是圖3所示半導(dǎo)體器件一部分的平面圖；圖5是沿圖4中線Va-Vb-Vc截取的截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的平面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的平面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖12是根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明第十二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明第十三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明第十四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖18A是根據(jù)本發(fā)明第十五實(shí)施例用于制造半導(dǎo)體器件的掩模的平面圖；圖18B是根據(jù)第十五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖19A是沿圖18B中的線XIXA-XIXA截取的半導(dǎo)體器件輪廓；圖19B是沿圖18B中的線XIXB-XIXB截取的半導(dǎo)體器件輪廓；圖20是根據(jù)本發(fā)明第十六實(shí)施例用于制造半導(dǎo)體器件的掩模的平面圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明第十七實(shí)施例用于制造半導(dǎo)體器件的掩模的平面圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明第十八實(shí)施例用于制造半導(dǎo)體器件的掩模的平面圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明第十九實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖；圖24A是根據(jù)第十九實(shí)施例用于形成半導(dǎo)體器件RESURF區(qū)域的掩模的平面圖；圖24B是沿圖24A的線XXIVB-XXIVB截取的掩模截面圖；圖24C是使用圖24A所示掩模制造的半導(dǎo)體器件的截面圖；以及圖25是根據(jù)本發(fā)明第二十實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖。

發(fā)明內(nèi)容
在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例。在所有實(shí)施例中用相似的附圖標(biāo)記表示相似的部分。在實(shí)施例中，例如，N型、N+型和N—型對(duì)應(yīng)于第一導(dǎo)電類型，P型、P+型和P—型對(duì)應(yīng)于第二導(dǎo)電類型。(第一實(shí)施例)在下文中將參考圖1和2描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。根據(jù)本實(shí)施例的絕緣柵極半導(dǎo)體器件被用作例如電源電路的功率開關(guān)器件，所述電源電路例如是逆變器和DC/DC變換
ο圖1是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖。參考圖1，半導(dǎo)體器件是具有 IGBT單元10以及與IGBT單元10相鄰的二極管單元20的反向?qū)щ?絕緣柵極雙極晶體管 (RC-IGBT)。IGBT單元10形成其中形成多個(gè)IGBT元件的區(qū)段，二極管單元20形成其中形成二極管元件的區(qū)段。盡管未示出，但多個(gè)IGBT單元10和二極管單元20是交替設(shè)置的。IGBT單元10和二極管單元20共同具有半導(dǎo)體襯底32。半導(dǎo)體襯底32具有N型漂移層30以及形成于漂移層30上的P型基底層31。在本實(shí)施例中，基底層31的表面對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底32的第一表面33，漂移層30與基底層31相對(duì)的表面對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底32 的第二表面；34。在IGBT單元10和二極管單元20的每個(gè)中，形成多個(gè)溝槽35以穿過基底層31，到達(dá)漂移層30。溝槽35的每個(gè)在沿著半導(dǎo)體襯底32的第一表面33的方向，例如表面33的縱向延伸。在這里，縱向?qū)?yīng)于垂直于IGBT單元10和二極管單元20排列方向的方向。亦即，縱向?qū)?yīng)于垂直于圖1紙面的方向。例如，溝槽35以等間距彼此平行地設(shè)置。在每個(gè)溝槽35的內(nèi)表面上形成柵極絕緣膜36。柵極絕緣膜36覆蓋溝槽35的內(nèi)表面。柵極電極37a是多晶硅等，嵌入IGBT單元10的溝槽35之內(nèi)的柵極絕緣膜36上。通過柵極絕緣膜36嵌入溝槽35中的柵極電極37a構(gòu)成溝槽柵極結(jié)構(gòu)。另一方面，溝槽電極37b嵌入二極管單元20的溝槽35之內(nèi)的柵極絕緣膜36上。 溝槽電極37b由多晶硅等制成。柵極電極37a和溝槽電極37b在溝槽35的縱向上延伸。在IGBT單元10中，基底層31提供溝道區(qū)。因此，也可以將IGBT單元10的基底層31稱為溝道層。在基底層31的表面部分中形成N+型發(fā)射極區(qū)38。而且，在基底層31 的表面部分中形成P+型第一接觸區(qū)39。每個(gè)第一接觸區(qū)39設(shè)置于相鄰發(fā)射極區(qū)38之間。N+型發(fā)射極區(qū)38的雜質(zhì)濃度高于N_型漂移層30的雜質(zhì)濃度。發(fā)射極區(qū)38終止于基底層31之內(nèi)。此外，發(fā)射極區(qū)38與基底層31之內(nèi)的第一溝槽35a的側(cè)表面接觸。P+ 型第一接觸區(qū)39的雜質(zhì)濃度高于P+型基底層31的雜質(zhì)濃度。類似于發(fā)射極區(qū)38，第一接觸區(qū)39終止于基底層31之內(nèi)。例如，發(fā)射極區(qū)38在溝槽35的縱向上呈條形延伸。發(fā)射極區(qū)38沿著溝槽35的側(cè)表面設(shè)置，相對(duì)于溝槽35的縱向，終止于不超過溝槽35末端處。亦即，發(fā)射極區(qū)38的末端相對(duì)于溝槽35的縱向位于溝槽35的末端之內(nèi)。第一接觸區(qū)39在溝槽35的縱向上呈條形延伸。第一接觸區(qū)39設(shè)置于相鄰兩個(gè)發(fā)射極區(qū)38之間并沿發(fā)射極區(qū)38設(shè)置。在IGBT單元10中，基底層31形成有N型浮置層40。相對(duì)于基底層31的第一表面33，浮置層40設(shè)置于比發(fā)射極區(qū)38和第一接觸區(qū)39更深的位置，并布置成分隔基底層 31。具體而言，設(shè)置浮置層40以將基底層31分隔成第一部分(例如，圖1中的上方區(qū)域) 和第二部分(例如圖1中的下方區(qū)域)，在第一部分中形成發(fā)射極區(qū)38和第一接觸區(qū)39， 第二部分接觸漂移層30。在本實(shí)施例中，僅在IGBT單元10的基底層31中，不在二極管單元20的基底層31中形成浮置層40。此外，在基底層31上形成層間絕緣膜41，例如磷酸硅酸鹽玻璃(PSG)膜。層間絕緣膜41覆蓋柵極電極37a的末端(例如，圖1中柵極電極37a的上端)。發(fā)射極區(qū)38部分從層間絕緣膜41暴露。而且，第一接觸區(qū)39從層間絕緣膜41暴露。柵極電極37a連接到為柵極提供的焊盤(未示出)。在二極管單元20中，在基底層31的表面部分中形成P+型第二接觸區(qū)42。第二接觸區(qū)42的雜質(zhì)濃度與IGBT單元10的第一接觸區(qū)39的雜質(zhì)濃度不同。亦即，第二接觸區(qū) 42具有對(duì)二極管特性而言最優(yōu)的雜質(zhì)濃度。在本實(shí)施例中，二極管單元20沒有設(shè)置于IGBT 單元10中基底層31上的層間絕緣膜41。在IGBT單元10和二極管單元20 二者中沿著基底層31形成發(fā)射極電極43。在 IGBT單元10中，發(fā)射極電極43位于發(fā)射極區(qū)38從層間絕緣膜41和第一接觸區(qū)39暴露的暴露部分上，以與發(fā)射極區(qū)38和第一接觸區(qū)39電連接。在二極管單元20中，發(fā)射極電極 43位于基底層31和第二接觸區(qū)42上，以與基底層31和第二接觸區(qū)42電連接。此外，在二極管單元20中，發(fā)射極電極43也位于從溝槽35和溝槽電極37b暴露的柵極絕緣膜36上。因此，溝槽電極37b電連接到發(fā)射極電極43，以提供發(fā)射極-接地類型。
沿著半導(dǎo)體襯底32的第二表面34形成N型場(chǎng)停止層44。在IGBT單元10中，在場(chǎng)停止層44上形成P型集電極45。在二極管單元20中，在場(chǎng)停止層44上形成N型陰極層46。在同一平面上形成集電極層45和陰極層46。此外，在集電極層45和陰極層46上形成集電極電極47。在這樣的結(jié)構(gòu)中，溝槽35之一位于集電極層45和陰極層46之間的邊界線上。位于邊界線上的溝槽35在下文中稱為邊界溝槽35。IGBT單元10的區(qū)段和二極管單元20的區(qū)段在邊界溝槽35處彼此被分開。亦即，邊界溝槽35界定IGBT單元10的區(qū)域和二極管單元20的區(qū)域之間的邊界。在本實(shí)施例中，柵極電極37a嵌入邊界溝槽35中。層間絕緣膜41將嵌入邊界溝槽35中的柵極電極37a與發(fā)射極電極43電絕緣。因此，嵌入邊界溝槽35中的柵極電極37a用作IGBT元件的一部分。接下來，將描述上述絕緣柵極半導(dǎo)體器件的制造方法。首先，制備用于漂移層30 的N型硅晶圓。例如，通過熱擴(kuò)散技術(shù)，在硅晶圓的表面上形成P型基底層31。然后，利用掩模，通過高能量離子注入和熱處理在與IGBT單元10對(duì)應(yīng)的基底層31的區(qū)域中形成N型浮置層40，掩模具有與要形成IGBT單元10的區(qū)域?qū)?yīng)的開口。同樣地，利用在相應(yīng)位置具有開口的掩模，通過離子注入和熱處理形成N+型發(fā)射極區(qū)38、P+型第一接觸區(qū)39和P+型第二接觸區(qū)42。在這種情況下，對(duì)于第一接觸區(qū)39和第二接觸區(qū)42而言，調(diào)節(jié)離子注入的相應(yīng)劑量，使得第一接觸區(qū)38和第二接觸區(qū)39分別具有對(duì)于IGBT元件和二極管元件最優(yōu)的雜質(zhì)濃度。之后，在硅晶圓中形成溝槽柵極結(jié)構(gòu)?？梢栽谝阎に囍行纬蓽喜蹡艠O結(jié)構(gòu)。在這里，形成溝槽35以穿過基底層31并到達(dá)型漂移層30。此外，在每個(gè)溝槽35的內(nèi)表面上形成柵極絕緣膜36，例如SW2膜。在IGBT單元10中，在柵極絕緣膜36上形成多晶硅作為柵極電極37a。在二極管單元20中，在柵極絕緣膜36上形成多晶硅作為溝槽電極37b。 在同一步驟中形成柵極電極37a和溝槽電極37b。接下來，在基底層31上形成層間絕緣膜41，例如PSG膜。在IGBT單元10中，在層間絕緣膜41中形成接觸孔，使得N+型發(fā)射極區(qū)38和第一接觸區(qū)39的部分從層間絕緣膜 41暴露。通過這種方式，柵極電極37a覆蓋有層間絕緣膜41。完全去除二極管單元20的基底層31上形成的層間絕緣膜41，從而從基底層31暴露溝槽電極37b。之后，例如用鋁， 在IGBT單元10和二極管單元20的基底層31整個(gè)上方形成發(fā)射極電極43。于是，利用發(fā)射極電極43覆蓋了 IGBT單元10的層間絕緣膜41。在晶圓的后表面上形成N型場(chǎng)停止層44。此外，在場(chǎng)停止層44的與IGBT單元10 對(duì)應(yīng)的區(qū)域上形成集電極層45，在場(chǎng)停止層44的與二極管單元20對(duì)應(yīng)的區(qū)域上形成N型陰極層46。然后，例如用鋁在集電極層45和陰極層46上形成集電極電極47。之后，將晶圓切割成芯片。由芯片提供半導(dǎo)體器件。可以在上述工藝或在特殊步驟中形成IGBT單元10和二極管單元20用于和外部裝置電連接的外圍部分和焊盤。圖2是截面圖，用于例示IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。在圖2中，在漂移層 30中示出了 IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。如上所述，設(shè)置于邊界溝槽35中的柵極電極37a用作IGBT元件。因此，相對(duì)于沿半導(dǎo)體襯底32的第一表面33的方向，包括集電極層45的區(qū)段用作IGBT工作區(qū)48，作為 IGBT元件工作，相對(duì)于沿第一表面33的方向，包括陰極層46的區(qū)段用作二極管工作區(qū)49，
1作為二極管元件工作。亦即，在IGBT單元10中，直到集電極層45和陰極層46之間邊界線的區(qū)域都可以用作IGBT元件。同樣地，在二極管單元20中，直到邊界線的區(qū)域都能夠用作二極管元件。如上所述，在IGBT單元10中，為基底層31提供浮置層40。因?yàn)楦≈脤?0用作勢(shì)壁，所以在操作IGBT單元10時(shí)，浮置層40限制空穴從漂移層30流動(dòng)到基底層31。這樣一來，幾乎不會(huì)從漂移層30向發(fā)射極電極43釋放空穴。結(jié)果，漂移層30的空穴和電子濃度增大，增強(qiáng)了電導(dǎo)率調(diào)制。在這種情況下，因?yàn)槠茖?0的電阻減小，所以IGBT單元10的穩(wěn)定損耗減小。在操作二極管單元20時(shí)，浮置層40阻擋空穴從IGBT單元10的第一接觸區(qū)39通過漂移層30向二極管單元20流動(dòng)。因此，空穴不太可能從IGBT單元10過度注入到二極管單元20中。因此，減小了由于IGBT單元10的柵極干擾導(dǎo)致的二極管單元20的正向電壓Vf變化。通過這種方式，在操作IGBT單元10時(shí)，浮置層40阻擋了空穴從漂移層30流動(dòng)到基底層31。在操作二極管單元20時(shí)，浮置層40阻擋空穴從第一接觸區(qū)39 (即IGBT單元 10)向二極管單元20流動(dòng)。亦即，即使在構(gòu)成IGBT單元10的溝槽柵極結(jié)構(gòu)的溝槽35之間不提供用于發(fā)射極接觸的溝槽，在操作二極管單元20時(shí)，也能夠限制空穴從IGBT單元10 到二極管單元20的過度注入。此外，由于用于發(fā)射極接觸的溝槽不是必要的，所以不必在相鄰溝槽35之間形成用于發(fā)射極接觸的溝槽。亦即，簡(jiǎn)化了蝕刻過程并降低了制造成本。此外，可以減少工藝波動(dòng)的原因。將第一接觸區(qū)39的雜質(zhì)濃度調(diào)節(jié)到預(yù)定濃度，以確定溝道區(qū)的閾值電壓Vt0因此，第一接觸區(qū)39的雜質(zhì)濃度過高，不能作為用于二極管元件陽極的濃度。不過，在本實(shí)施例中，二極管單元20的第二接觸區(qū)42的雜質(zhì)濃度與IGBT單元10的第一接觸區(qū)39的不同。 因此，二極管特性不是由IGBT單元10的第一接觸區(qū)39的雜質(zhì)濃度決定的。這樣一來，可以將第二接觸區(qū)42的雜質(zhì)濃度調(diào)節(jié)到作為陽極最優(yōu)的濃度。(第二實(shí)施例)將參考圖3到5描述第二實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖3是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖。圖4是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件外圍部分的平面圖。圖5是沿圖4中線Va-Vb-Vc截取的截面圖。在圖5中，為了簡(jiǎn)單起見， 未示出集電極電極47。參考圖3，除了 IGBT單元10的基底層31之外，在二極管單元20的基底層31上形成層間絕緣膜41。層間絕緣膜41覆蓋溝槽電極37b的末端(例如，圖3中的上端)。因此，在二極管單元20中，通過層間絕緣膜41使溝槽電極37b和發(fā)射極電極43彼此電絕緣。 例如，溝槽電極37b和發(fā)射極電極43彼此不直接連接。參考圖4，雖然在第一實(shí)施例中中未示出，但發(fā)射極電極43通過形成于層間絕緣膜41中的接觸孔41a連接到IGBT單元10的發(fā)射極區(qū)38和第一接觸區(qū)39。發(fā)射極電極 43還通過層間絕緣膜41的接觸孔41a連接到二極管單元20的第二接觸區(qū)42。溝槽電極37b電連接到半導(dǎo)體器件外圍部分的發(fā)射極電極43。例如，如圖4所示，在二極管單元20的區(qū)域中形成發(fā)射極引導(dǎo)電極50。發(fā)射極引導(dǎo)電極50覆蓋溝槽35的末端。在下文中，相對(duì)于溝槽35的縱向，溝槽35的末端也稱為縱向末端。如圖5所示，發(fā)射極引導(dǎo)電極50形成于溝槽35中嵌入的溝槽電極37b上并電連接到溝槽電極37b。此外，絕緣層51形成于發(fā)射極引導(dǎo)電極50上。發(fā)射極電極43形成于絕緣層51上。發(fā)射極引導(dǎo)電極50和發(fā)射極電極43通過絕緣層51的接觸孔52彼此電連接。這樣一來，溝槽電極37b通過發(fā)射極引導(dǎo)電極50電連接到發(fā)射極電極43。在IGBT單元10中，如圖4所示，形成柵極引導(dǎo)電極53，以覆蓋溝槽35的嵌入了柵極電極37a的縱向末端。柵極引導(dǎo)電極53延伸到形成溝槽35的區(qū)域外部的位置。如圖5所示，柵極引導(dǎo)電極53形成于溝槽35中嵌入的柵極電極37a上并電連接到柵極電極37a。此外，絕緣層51形成于柵極引導(dǎo)電極53上。柵極金屬電極M形成于絕緣層51上。柵極引導(dǎo)電極53和柵極金屬電極M通過絕緣層51的接觸孔55彼此電連接。這樣一來，柵極電極37a通過柵極引導(dǎo)電極53電連接到柵極金屬電極M。如上所述，二極管單元20的溝槽電極37b可以在二極管單元20的外圍部分電連接到發(fā)射極電極43。在這樣的結(jié)構(gòu)中，不需要從二極管單元20完全去除層間絕緣膜41的步驟。因此簡(jiǎn)化了制造過程。(第三實(shí)施例)將參考圖6描述第三實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。在第二實(shí)施例中，溝槽電極37b通過發(fā)射極引導(dǎo)電極50在溝槽35的縱向末端電連接到發(fā)射極電極43。在本實(shí)施例中，溝槽電極37b在溝槽35的縱向末端連接到控制電極 56，控制電極56是與發(fā)射極電極43不同的電極。圖6是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的平面圖。如圖6所示，與第二實(shí)施例以類似布局設(shè)置發(fā)射極引導(dǎo)電極50和柵極引導(dǎo)電極53。此外，在發(fā)射極電極43和柵極金屬電極M之間設(shè)置控制電極56?？刂齐姌O56與發(fā)射極電極43和柵極金屬電極M分隔開。發(fā)射極引導(dǎo)電極50通過接觸孔52電連接到控制電極56。在這樣的結(jié)構(gòu)中，可以通過控制電極56向溝槽電極37b獨(dú)立施加與發(fā)射極電勢(shì)不同的電壓。因此，可以控制二極管單元20的溝槽電極37b的電勢(shì)。(第四實(shí)施例)現(xiàn)在將參考圖7描述第四實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第一到第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，二極管單元20的溝槽電極37b電連接到柵極金屬電極M。圖7是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的平面圖。如圖7所示，形成柵極引導(dǎo)電極53以覆蓋IGBT單元10和二極管單元20的溝槽35的縱向末端。柵極引導(dǎo)電極53通過接觸孔57電連接到柵極金屬電極M。在這樣的結(jié)構(gòu)中，可以向二極管單元20的溝槽電極37b施加與IGBT單元10的柵極電極37a相同的電勢(shì)。
(第五實(shí)施例)將參考圖8描述第五實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第一到第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖8是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖。如圖8所示，在二極管單元 20中，不形成溝槽35、柵極絕緣膜36和溝槽電極37b，而是以相等間隔形成第二接觸區(qū)42。 通過這種方式，可以形成沒有溝槽電極37b的二極管單元20。(第六實(shí)施例)將參考圖9描述第六實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第一到第五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖9是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖，例示了 IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。如圖9所示，在IGBT單元10的基底層31的兩個(gè)區(qū)段31s中未形成浮置層 40，這兩個(gè)區(qū)段31s在IGBT單元10與二極管單元20相鄰的外圍部分。在這里，IGBT單元10的與二極管單元20相鄰的外圍部分對(duì)應(yīng)于與集電極層45和陰極層46之間的邊界相鄰，包括基底層31的區(qū)段31s的區(qū)域。在沒有浮置層40的基底層31的區(qū)段31s中，形成發(fā)射極區(qū)38和第一接觸區(qū)39， 用作IGBT元件。因此，基底層31的區(qū)段31s提供了溝道區(qū)，從而用作IGBT元件。由于基底層31 的區(qū)段31s未設(shè)置有浮置層40，所以可以從第一接觸區(qū)39向陰極層46供應(yīng)空穴。因此，區(qū)段31s也用作二極管元件。這樣一來，將二極管工作區(qū)49擴(kuò)展到IGBT單元10中未形成浮置層40的區(qū)域。通過這種方式，二極管工作區(qū)49與IGBT工作區(qū)48交疊。因此，可以將二極管單元20的尺寸減少交疊的區(qū)域。亦即，可以減小半導(dǎo)體芯片的尺寸。(第七實(shí)施例)將參考圖10描述第七實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第一到第五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖10是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖，例示了 IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。如圖10所示，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件類似于第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，但在二極管單元20的基底層31上形成層間絕緣膜41，以覆蓋溝槽電極37b的上端。這樣一來，溝槽電極37b和發(fā)射極電極43通過層間絕緣膜41彼此電絕緣。在這樣的結(jié)構(gòu)中，例如，以類似于圖4所示范例的方式，可以通過發(fā)射極引導(dǎo)電極 50將溝槽電極37b連接到發(fā)射極電極43。作為另一范例，以類似于圖6所示范例的方式， 可以通過發(fā)射極弓I導(dǎo)電極50將溝槽電極37b連接到控制電極56。此外，以類似于圖7所示范例的方式，可以通過發(fā)射極引導(dǎo)電極50將溝槽電極37b連接到柵極金屬電極M。因此，在設(shè)置層間絕緣膜41以覆蓋二極管單元20中的溝槽電極37b的情況下，可以適當(dāng)控制溝槽電極37b的電勢(shì)。(第八實(shí)施例)將參考圖8描述第八實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第六和第七實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖11是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖，例示了 IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。如圖11所示，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件類似于圖9所示的半導(dǎo)體器件，但不在二極管單元20中形成溝槽35、柵極絕緣膜36和溝槽電極37b。同樣，在二極管工作區(qū)49與IGBT工作區(qū)48交疊的情況下，可以將二極管單元20 配置成沒有溝槽電極37b。(第九實(shí)施例)將參考圖12描述第九實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第一到第八實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖12是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖，例示了 IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。如圖12所示，設(shè)置在IGBT單元10的與二極管單元20相鄰的外圍部分的基底層 31的區(qū)段31t以及設(shè)置在二極管單元20的與IGBT單元10相鄰的外圍部分的基底層31的區(qū)段31u設(shè)置有第一接觸區(qū)39和浮置層40，但未設(shè)置發(fā)射極區(qū)38。要指出的是，區(qū)段31t、 31u設(shè)置第二接觸區(qū)42來替代第一接觸區(qū)39。在這里，IGBT單元10的與二極管單元20相鄰的外圍部分對(duì)應(yīng)于包括基底層31的區(qū)段31t的區(qū)域，該區(qū)段31t位于基底層31之內(nèi)離集電極層45和陰極層46之間的邊界最近處。同樣地，二極管單元20的與IGBT單元10相鄰的外圍部分對(duì)應(yīng)于包括基底層31的區(qū)段31u的區(qū)域，該區(qū)段31u位于基底層31之內(nèi)離集電極層45和陰極層46之間的邊界最近處。在本實(shí)施例中，在基底層31的區(qū)段31t、31u中形成浮置層40和第一接觸區(qū)39。 不過，在基底層31的區(qū)段31t、31u中不形成發(fā)射極區(qū)38。在邊界溝槽35中形成溝槽電極 37b，邊界溝槽位于集電極層45和陰極層46之間的邊界線上。不過，邊界溝槽35中的溝槽電極37b電連接到發(fā)射極電極43，而不被層間絕緣膜41覆蓋。在這樣的結(jié)構(gòu)中，基底層31的區(qū)段31t、31u不用作IGBT元件和二極管元件。因此，在除了區(qū)段31t、31u之外的區(qū)域中形成IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。換言之，在本實(shí)施例中，IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49彼此不交疊。因此，在操作IGBT單元10時(shí)，浮置層40限制了空穴從漂移層30流動(dòng)到基底層 31。這樣一來，增強(qiáng)了電導(dǎo)率調(diào)制，因此可以減小穩(wěn)定損耗。在操作二極管單元20時(shí)，限制了從IGBT單元10的過度空穴注入。因此，可以限制由于柵極干擾導(dǎo)致的二極管單元20中正向電壓Vf的變化。(第十實(shí)施例)將參考圖13描述第十實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第九實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖13是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖，例示了 IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。如圖13所示，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)類似于圖12所示的第九實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，但形成層間絕緣膜41以覆蓋溝槽電極37b的上端。于是，溝槽電極37b和發(fā)射極電極43通過層間絕緣膜41彼此電絕緣。在這種情況下，如上所述，溝槽電極37b可以通過發(fā)射極引導(dǎo)電極50連接到柵極金屬電極討、發(fā)射極電極43和控制電極56中的一個(gè)。(第^^一實(shí)施例)
將參考圖14描述第十一實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第九實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖14是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖，例示了 IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。如圖14所示，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件類似于第九實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，但不在二極管單元20中形成溝槽35、柵極絕緣膜36和溝槽電極37b。形成浮置層40以從IGBT單元10到達(dá)二極管單元20。亦即，形成浮置層40以超過IGBT單元10和二極管單元20之間的邊界，例如集電極層45和陰極層46之間的邊界線。 在這樣的結(jié)構(gòu)中，在操作IGBT單元10時(shí)，浮置層40可以限制從漂移層30向基底層31注入空穴。此外，在操作二極管單元20時(shí)，可以限制從IGBT單元10的過度空穴注入。而且，在IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49彼此完全分隔的結(jié)構(gòu)中，可以將二極管單元20配置為沒有溝槽電極37b。(第十二實(shí)施例)將參考圖15描述第十二實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第十一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖15是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖，例示了 IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。如圖15所示，在整個(gè)IGBT單元10和二極管單元20上形成浮置層40。在這樣的結(jié)構(gòu)中，在操作IGBT單元10時(shí)以及在操作二極管單元20時(shí)，可以限制從IGBT單元10和二極管單元20向漂移層30過度注入空穴。(第十三實(shí)施例)將參考圖16描述第十三實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第九實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖16是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖，例示了 IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。如圖16所示，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件與圖12所示的第九實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有類似結(jié)構(gòu)，不過在整個(gè)IGBT單元10和二極管單元20上形成浮置層40。而且在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)與第十二實(shí)施例類似的有利效果。(第十四實(shí)施例)將參考圖17描述第十四實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第十三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖17是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖，例示了 IGBT工作區(qū)48和二極管工作區(qū)49。如圖17所示，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)類似于圖16所示的第十三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，但形成層間絕緣膜41以覆蓋溝槽電極37b的上端。于是，溝槽電極37b 和發(fā)射極電極43通過層間絕緣膜41彼此電絕緣。因此，如上所述，在這種結(jié)構(gòu)中，溝槽電極37b可以通過發(fā)射極弓I導(dǎo)電極50連接到發(fā)射極電極43、控制電極56和柵極金屬電極M中的一個(gè)。而且，類似于第十二實(shí)施例，可以限制從IGBT單元10和二極管單元20的區(qū)域向二極管單元20的漂移層30注入空穴。(第十五實(shí)施例)將參考圖18A到19B描述第十五實(shí)施例。圖18A是平面圖，其中示出了用于制造根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的所有掩模。 圖18B是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖。
類似于上述實(shí)施例，根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括IGBT單元10和二極管單元 20。IGBT單元10和二極管單元20共同具有包括型漂移層30的半導(dǎo)體襯底32。在半導(dǎo)體襯底32的第二表面34上設(shè)置N型場(chǎng)停止層44，以便減小導(dǎo)通電壓和開關(guān)損耗。在場(chǎng)停止層44的與IGBT單元10對(duì)應(yīng)的區(qū)域上設(shè)置P型集電極層45，在場(chǎng)停止層 44的與二極管單元20對(duì)應(yīng)的區(qū)域上設(shè)置N型陰極層46。在同一平面上形成集電極層45 和陰極層46。盡管圖15中未示出，但以類似于圖1所示范例的方式在集電極層45和陰極層46上形成集電極電極47。類似于基底層31，在IGBT單元10的漂移層30的表面部分中形成P型溝道層31a。 此外，形成溝槽35以穿過溝道層31a并到達(dá)漂移層30。在本實(shí)施例中，溝道層31a的與漂移層30相對(duì)的表面提供半導(dǎo)體襯底32的第一表面33。漂移層30的與溝道層31a相對(duì)的表面提供半導(dǎo)體襯底32的第二表面34。溝槽35的每個(gè)在半導(dǎo)體襯底32的第一表面33a的縱向上延伸。在這里，縱向?qū)?yīng)于垂直于IGBT單元10和二極管單元20排列方向的方向。亦即，縱向?qū)?yīng)于垂直于圖18B 紙面的方向?？v向還對(duì)應(yīng)于圖18A的上下方向。例如，溝槽35以等間距彼此平行地設(shè)置。利用圖18A所示的掩模131，通過離子注入技術(shù)形成溝道層31a。利用圖18A所示的掩模135，通過蝕刻技術(shù)形成溝槽35。在圖18A中，為了清晰起見，適當(dāng)?shù)卮蜷_每個(gè)掩模的開口。形成柵極絕緣膜36以覆蓋每個(gè)溝槽35的內(nèi)表面。利用圖18A所示的掩模136，通過例如熱氧化技術(shù)或CVD技術(shù)形成柵極絕緣膜36。柵極電極37a由多晶硅等制成，并且設(shè)置在IGBT單元10的溝槽35的柵極絕緣膜36上，以構(gòu)成溝槽柵極結(jié)構(gòu)。柵極電極37a連接到用于柵極的焊盤。在IGBT單元10中，溝道層31a提供溝道區(qū)。在本實(shí)施例中，溝道層31a主要形成于IGBT單元10中。此外，溝道層31a設(shè)置成向著IGBT單元10超過IGBT單元10和二極管單元20之間的邊界。亦即，還在二極管單元20中與IGBT單元10相鄰的部分中形成溝道層31a。在溝道層31a的表面部分中形成N型發(fā)射極區(qū)38。相對(duì)于沿第一表面33的方向， 沿著垂直于溝槽35的縱向的方向，呈條形設(shè)置發(fā)射極區(qū)38。在發(fā)射極區(qū)38之間，在溝道層 31a的表面部分中形成P+型第一接觸區(qū)39。N型發(fā)射極區(qū)38的雜質(zhì)濃度高于型漂移層30。發(fā)射極區(qū)38終止于溝道層31a 之內(nèi)。而且，沿著溝道層31a之內(nèi)溝槽35的側(cè)表面設(shè)置發(fā)射極區(qū)38。具體而言，在溝槽35之間的區(qū)域中形成每個(gè)發(fā)射極區(qū)38，使其在溝槽35的縱向上并沿著溝槽35的側(cè)表面呈條形延伸。相對(duì)于溝槽35的縱向，發(fā)射極區(qū)38的末端終止于溝槽35之內(nèi)。亦即，發(fā)射極區(qū)38的末端相對(duì)于溝槽35的縱向比溝槽35的縱向末端更短。 利用圖18A所示的掩模138，通過離子注入技術(shù)形成發(fā)射極區(qū)38。于是，沿著IGBT單元10 和二極管單元20的排列方向以條形設(shè)置發(fā)射極區(qū)38。P+型第一接觸區(qū)39的雜質(zhì)濃度高于P+型溝道層31a的雜質(zhì)濃度。類似于發(fā)射極區(qū)38，第一接觸區(qū)39終止于溝道層31a之內(nèi)。利用圖18A所示的掩模139，通過離子注入技術(shù)形成第一接觸區(qū)39。于是，在相鄰發(fā)射極區(qū)38之間，沿著溝槽(即發(fā)射極區(qū)38)的縱向間斷地設(shè)置第一接觸區(qū)39。
在IGBT單元10的溝道層31a中，在距第一表面33比發(fā)射極區(qū)38和第一接觸區(qū) 39更深的位置形成N型浮置層40。設(shè)置浮置層40以在溝槽35的深度方向上分隔溝道層 31a。具體而言，設(shè)置浮置層40以將溝道層31a分隔成第一部分(例如，圖18B中的上方部分)和第二部分(例如圖18B中的下方部分)，在第一部分中形成發(fā)射極區(qū)38和第一接觸區(qū)39，第二部分接觸漂移層30。利用圖18A所示的掩模140，通過離子注入技術(shù)形成浮置層 40。在溝道層31a上形成層間絕緣膜41以覆蓋柵極電極37a。利用圖18A所示的掩模 141，通過CVD技術(shù)等形成層間絕緣膜41。于是，發(fā)射極區(qū)38部分從層間絕緣膜41暴露。而且，第一接觸區(qū)39從層間絕緣膜41暴露。此外，如圖18B所示，層間絕緣膜41 完全覆蓋最靠近二極管單元20的發(fā)射極區(qū)38。因此，最靠近二極管單元20的發(fā)射極區(qū)38 不用作IGBT元件。在二極管單元20中，在漂移層30的表面部分中形成P型RESURF區(qū)60。RESURF 區(qū)60比溝槽35更深(例如更厚)。RESURF區(qū)60用作陽極。至少在IGBT第一 10和二極管單元20之間的邊界處，RESURF區(qū)60比溝槽35更深。利用圖18A所示的掩模160，通過離子注入技術(shù)形成RESURF區(qū)60。例如，在本實(shí)施例中，RESURF區(qū)60在二極管單元20的整個(gè)區(qū)域中都比溝槽35深。如圖18B所示，相對(duì)于垂直于半導(dǎo)體襯底32的第一表面33的方向，在二極管單元 20的區(qū)域中，IGBT單元10的溝道層31a和二極管單元20的RESURF區(qū)60彼此交疊。因此，溝道層31a提供的耗盡層和RESURF層60提供的耗盡層彼此平滑連接。如圖18B所示，在RESURF區(qū)60的表面部分中形成P+型第二接觸區(qū)42。利用圖 18B所示的掩模142，通過離子注入技術(shù)形成第二接觸區(qū)42。掩模142具有開口，開口沿著溝槽35和發(fā)射極區(qū)38的縱向間斷地布置。因此，在溝槽35的縱向上間斷地，以及在垂直于溝槽35的方向上間斷地形成第二接觸區(qū)42。此外，形成層間絕緣膜41，使得第二接觸區(qū)42暴露于半導(dǎo)體襯底32的第一表面 33上。還利用上述掩模141在二極管單元20中形成層間絕緣膜41。亦即，在同一步驟中利用掩模141在IGBT單元10和二極管單元20中形成層間絕緣膜41。例如，第二接觸區(qū)42的雜質(zhì)濃度與第一接觸區(qū)39的雜質(zhì)濃度不同。亦即，第二接觸區(qū)42具有對(duì)二極管特性而言最優(yōu)的雜質(zhì)濃度。RESURF區(qū)60的面密度小于IGBT單元10的溝道層31a的面密度。將參考圖19A 和19B描述這個(gè)特征。圖19A是沿圖18B中的線XIXA-XIXA截取的輪廓，圖19B是沿圖18B中的線 XIXB-XIXB截取的輪廓。在圖19A和19B中，水平軸表示從半導(dǎo)體襯底32的第一表面33向第二表面34的深度，垂直軸表示雜質(zhì)濃度。如圖19A所示，RESURF區(qū)60 (即RESURF P)比溝槽35深。如圖19B所示，溝道層 31a(即溝道P)比溝槽35淺。此外，如圖19A和19B所示，RESURF區(qū)60的雜質(zhì)濃度比溝道層31a的雜質(zhì)濃度低。 因此，RESURF區(qū)60的面密度比溝道層31a的小。在這里，通過對(duì)圖19A所示的RESURF區(qū) 60的區(qū)域積分來獲得RESURF區(qū)60的面密度。同樣地，通過對(duì)圖19B所示的溝道層31a的區(qū)域進(jìn)行積分來獲得溝道層31a的面密度。
盡管圖18B中未示出，但以類似于圖1所示發(fā)射極電極43的方式，在半導(dǎo)體襯底的第一表面33上設(shè)置發(fā)射極電極43。例如，發(fā)射極電極形成于從層間絕緣膜41暴露的發(fā)射極區(qū)38、第一接觸區(qū)39和第二接觸區(qū)42上，以與發(fā)射極區(qū)38、第一接觸區(qū)39和第二接觸區(qū)39電連接。在上述絕緣柵極半導(dǎo)體器件中，包括集電極層45的區(qū)域用作IGBT元件，包括陰極層46的區(qū)域用作二極管元件。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件設(shè)置有RESURF區(qū)60作為陽極，其比溝槽35更深，且具有比溝道層31a更低的面密度。在這樣的結(jié)構(gòu)中，在與IGBT單元10和二極管單元20之間的邊界相鄰的位置，可以將溝道層31a附近的漂移層30中形成的耗盡層以及RESURF區(qū)60附近的漂移層30中形成的耗盡層平滑連接。因此，在與IGBT單元10和二極管單元20之間的邊界相鄰的位置， 漂移層30中的場(chǎng)強(qiáng)變得平滑，因此可以減輕場(chǎng)的集中。這樣一來，可以確保半導(dǎo)體器件的耐壓。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件在IGBT單元10的溝道層31a中具有浮置層40。因此， 類似于第一實(shí)施例，浮置層40用作勢(shì)壁。在操作IGBT單元10時(shí)，可以限制空穴從漂移層 30向溝道層31a流動(dòng)。這樣一來，不大可能向發(fā)射極電極43釋放空穴。結(jié)果，提高了漂移層30的空穴濃度和電子濃度，因此增強(qiáng)了電導(dǎo)率調(diào)制。因此，由于減小了漂移層30的電阻， 所以降低了 IGBT單元10的穩(wěn)定損耗。在操作二極管單元20時(shí)，浮置層40阻擋空穴從IGBT單元10的第一接觸區(qū)39向二極管單元20流動(dòng)。這樣一來，限制了從IGBT單元10向二極管單元20的過度空穴注入。 結(jié)果，限制了由于IGBT單元10的柵極干擾導(dǎo)致的二極管單元20的正向電壓Vf變化。(第十六實(shí)施例)將參考圖20描述第十六實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第十五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖20是平面圖，其中示出了用于制造根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的所有掩模。如圖20所示，利用掩模242形成第二接觸區(qū)42。掩模242在IGBT單元10和二極管單元20的排列方向上具有條形開口。于是，第二接觸區(qū)42沿著垂直于溝槽35的縱向的方向呈條形布置。掩模M2的開口比第十五實(shí)施例中使用的掩模142的開口更大。因此，在本實(shí)施例中，第二接觸區(qū)42的面積比第十五實(shí)施例的第二接觸區(qū)42的大。這樣一來，向漂移層30 注入的空穴增加。不過，在需要在第十五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中增加空穴注入時(shí)，這樣的結(jié)構(gòu)是有效的。(第十七實(shí)施例)將參考圖21描述第十七實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第十五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖21是平面圖，其中示出了用于制造根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的所有掩模。如圖21所示，用于形成RESURF區(qū)60的掩模260具有沿著IGBT單元10和二極管單元20的排列方向呈條形的開口。亦即，與第十五實(shí)施例中使用的掩模160相比，掩模沈0 的開口率修改了。可以利用掩模260形成RESURF區(qū)60。在這種情況下，沿著垂直于溝槽35的縱向的方向形成呈條形的RESURF區(qū)60?；蛘?，掩模260可以具有網(wǎng)格形開口。
(第十八實(shí)施例)將參考圖22描述第十八實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第十五到第十七實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖22是平面圖，其中示出了用于制造根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的所有掩模。在本實(shí)施例中，如圖22所示，利用圖21所示的第十七實(shí)施例的掩模沈0形成 RESURF區(qū)60，利用圖20所示的第十六實(shí)施例的掩模242形成第二接觸區(qū)42。在這種情況下，沿著垂直于溝槽35的縱向的方向形成呈條形的RESURF區(qū)60。而且，沿著RESURF區(qū)60 呈條形形成第二接觸區(qū)42。此外，相對(duì)于垂直于半導(dǎo)體襯底32的第一表面33的方向，第二接觸區(qū)42覆蓋預(yù)定數(shù)量的RESURF區(qū)60的條形部分。例如，每個(gè)第二接觸區(qū)42都覆蓋 RESURF區(qū)60的兩個(gè)條形部分。如上所述，可以將RESURF區(qū)60和第二接觸區(qū)42都形成為條形。(第十九實(shí)施例)將參考圖23、24A到24C描述第十九實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第十五到第十八實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。圖23是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件一部分的截面圖。如圖23所示，在集電極層 45和陰極層46之間的邊界線上形成多個(gè)溝槽35之一(在下文中，邊界溝槽)。邊界溝槽 35界定IGBT單元10和二極管單元20之間的邊界。柵極電極37a設(shè)置于邊界溝槽35中。在IGBT單元10和二極管單元20之間的邊界處，形成RESURF區(qū)60以連接到邊界溝槽35的底部。亦即，在本實(shí)施例中，溝道層31a和RESURF區(qū)60在垂直于半導(dǎo)體襯底32 的表面33的方向上未彼此交疊。此外，類似于第十五實(shí)施例，在RESURF區(qū)60的表面部分上間斷地形成第二接觸區(qū)42。在半導(dǎo)體襯底32的外圍部分形成耐壓結(jié)構(gòu)(RESURF)的離子注入步驟中同時(shí)形成 RESURF 區(qū) 60。在這種情況下，使用圖24A中所示的掩模360。如圖24B所示，掩模360在與二極管單元20對(duì)應(yīng)的位置具有多個(gè)開口 361。例如，以交錯(cuò)的行布置開口 361。通過調(diào)節(jié)掩模 360的開口 361的開口率，可以控制RESURF區(qū)60的結(jié)深和雜質(zhì)濃度。利用掩模360執(zhí)行離子注入，RESURF區(qū)60的深度在對(duì)應(yīng)于未形成開口 361地方的位置變得比對(duì)應(yīng)于開口 361的位置更小，如圖24C所示。此外，在具有更小深度的部分減小了雜質(zhì)濃度。因此，制備在與掩模360的開口 361不同位置具有開口的另一掩模，利用所述另一掩模進(jìn)行離子注入。在這種情況下，在形成第二接觸區(qū)42的步驟中，可以補(bǔ)充具有較低雜質(zhì)濃度的部分。如果部分減小了雜質(zhì)濃度，發(fā)生鎖存現(xiàn)象，導(dǎo)致耐壓降低。為了減小鎖存現(xiàn)象，形成第二接觸區(qū)42以補(bǔ)充雜質(zhì)濃度。通過這種方式，形成了圖23所示的二極管單元20。如上所述，并非一直需要RESURF區(qū)60與溝道層31a交疊。在RESURF區(qū)60形成于形成外周耐壓部分的同一步驟中的情況下，可以在形成第二接觸區(qū)42的步驟中補(bǔ)充不對(duì)應(yīng)于開口 361的部分的雜質(zhì)濃度。(第二十實(shí)施例)將參考圖25描述第二十實(shí)施例。在下文中，將主要描述與第十九實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。
圖25是根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件截面圖。如圖25所示，相對(duì)于垂直于半導(dǎo)體襯底32的第一表面33的方向，RESURF區(qū)60與IGBT單元10中的溝道層31a交疊。利用掩模360形成這樣的結(jié)構(gòu)，在掩模360中，布置開口 361，使得在與IGBT單元 10和二極管單元20之間的邊界相鄰的位置，開口率高，作為距邊界的距離函數(shù)朝向二極管單元20逐漸減小。因此，如圖25所示，在與邊界相鄰的位置，RESURF區(qū)60的結(jié)深大于IGBT 單元10的溝道層31a的深度。此外，RESURF區(qū)60的結(jié)深作為距邊界的距離的函數(shù)減小。這樣一來，在與邊界相鄰的位置，耗盡層被平滑連接，從而減小了場(chǎng)集中和電流集中。因此，改善了半導(dǎo)體器件的容量。形成集電極層45和陰極層46，使得集電極層45和陰極層46之間的邊界恰好位于 RESURF區(qū)60的最深部分下方。通過這種方式，可以形成RESURF區(qū)60以與IGBT單元10中的溝道層31a交疊。(其他實(shí)施例)在上文中描述了本發(fā)明的各示范性實(shí)施例。不過，本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例，而是可以通過各種其他方式實(shí)現(xiàn)而不脫離本發(fā)明的精神。此外，可以通過以各種其他方式組合上述示范性實(shí)施例來實(shí)施本發(fā)明。例如，可以適當(dāng)修改集電極層45和陰極層46之間的邊界位置。而且，可以適當(dāng)修改基底層31和溝道層31a中的浮置層40范圍。此外，可以適當(dāng)修改形成發(fā)射極區(qū)38的范圍。此外，可以適當(dāng)修改柵極電極37a用作IGBT元件的位置。在一些上述實(shí)施例中，在二極管單元20中完全去除層間絕緣膜41?；蛘?，層間絕緣膜41可以保留在二極管單元20中。此外，并非總是需要場(chǎng)停止層44。除了漂移層30和基底層31/溝道層31a之外，半導(dǎo)體襯底32可以具有其他層?？梢苑崔D(zhuǎn)部件的上述電導(dǎo)率類型，例如N型或P型。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易想到其他優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，本發(fā)明在其寬泛意義上不限于具體細(xì)節(jié)、代表性設(shè)備以及所示和所述的例示性范例。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(32)，所述半導(dǎo)體襯底(3 包括第一導(dǎo)電類型的漂移層(30)和設(shè)置于所述漂移層(30)上的第二導(dǎo)電類型的基底層(31)，所述漂移層(30)的與所述基底層(31) 相對(duì)的表面界定所述半導(dǎo)體襯底(3 的第一表面(33)，所述基底層(31)的與所述漂移層 (30)相對(duì)的表面界定所述半導(dǎo)體襯底(3 的第二表面(34)；第二導(dǎo)電類型的集電極層(45)，與所述半導(dǎo)體襯底(3 的所述第二表面(34)相鄰設(shè)置；第一導(dǎo)電類型的陰極層(46)，在與所述集電極層0 相同的水平面上，與所述半導(dǎo)體襯底(3 的所述第二表面(34)相鄰設(shè)置；以及集電極電極(47)，設(shè)置于所述集電極層0 和所述陰極層G6)上，其中所述半導(dǎo)體襯底(3 的相對(duì)于沿所述第一表面(3 的方向包括所述集電極層G5) 的區(qū)段構(gòu)成IGBT單元(10)，作為IGBT元件工作，所述半導(dǎo)體襯底(32)的相對(duì)于沿所述第一表面的方向包括所述陰極層G6)的區(qū)段構(gòu)成二極管單元(20)，作為二極管元件工作，其中所述IGBT單元(10)包括穿過所述基底層(31)并到達(dá)所述漂移層(30)的溝槽(35)； 設(shè)置于所述溝槽(3 的內(nèi)表面上的柵極絕緣膜(36)； 設(shè)置于所述溝槽(3 之內(nèi)的柵極絕緣膜(36)上的柵極電極(37a)； 設(shè)置于所述基底層(31)的表面部分中的第一導(dǎo)電類型的發(fā)射極區(qū)(38)，所述發(fā)射極區(qū)(38)接觸所述基底層(31)之內(nèi)的所述溝槽(3 的側(cè)表面；設(shè)置于所述基底層(31)的表面部分中的第二導(dǎo)電類型的第一接觸區(qū)(39)； 相對(duì)于所述溝槽(3 的深度，在比所述發(fā)射極區(qū)(38)和所述第一接觸區(qū)(39)更深的位置設(shè)置于所述基底層(31)之內(nèi)的第一導(dǎo)電類型的浮置層(40)，所述浮置層00)將所述基底層(31)分成第一部分以及第二部分，所述第一部分包括所述發(fā)射極區(qū)(38)和所述第一接觸區(qū)(39)，所述第二部分與所述漂移層(30)相鄰；以及被設(shè)置成覆蓋柵極電極(37a)的末端的層間絕緣膜01)，所述二極管單元00)包括設(shè)置于所述基底層(31)的表面部分中的第二導(dǎo)電類型的第二接觸區(qū)(42)，并且所述IGBT單元(10)和所述二極管單元00)還包括電連接到所述發(fā)射極區(qū)(38)、所述第一接觸區(qū)(39)和所述第二接觸區(qū)0 的發(fā)射極電極03)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述二極管單元00)包括穿過所述基底層(31)并到達(dá)所述漂移層(30)的溝槽(35)； 設(shè)置于所述溝槽(3 的內(nèi)表面上的柵極絕緣膜(36)；以及設(shè)置于所述溝槽(3 之內(nèi)的所述柵極絕緣膜(36)上的溝槽電極(37b)，并且所述溝槽電極(37b)電連接到所述發(fā)射極電極以提供發(fā)射極-接地結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中在所述二極管單元00)中，在所述溝槽電極(37b)上設(shè)置所述發(fā)射極電極以在所述發(fā)射極電極^幻和所述溝槽電極(37b)之間直接電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述二極管單元(20)包括設(shè)置于所述第一表面(3 上以覆蓋所述溝槽電極(37b)的末端的層間絕緣膜G1)，所述二極管單元00)的溝槽(3 在沿所述半導(dǎo)體襯底(3 的所述第一表面(33)的方向上延伸，并且相對(duì)于所述二極管單元00)的溝槽(3 的縱向，在所述二極管單元OO)的溝槽(35) 的末端處，所述溝槽電極(37b)電連接到所述發(fā)射極電極03)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述二極管單元OO)包括設(shè)置于所述第一表面(3 上以覆蓋所述溝槽電極(37b)的末端的層間絕緣膜G1)，所述二極管單元OO)的溝槽(3 在沿所述半導(dǎo)體襯底(3 的所述第一表面(33)的方向上延伸，并且所述IGBT單元(10)和所述二極管單元OO)包括控制電極(56)，所述控制電極相對(duì)于所述二極管單元OO)的溝槽(3 的縱向，在所述二極管單元OO)的溝槽(3 的末端處電連接到所述溝槽電極(37b)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述IGBT單元(10)和所述二極管單元OO)包括柵極引導(dǎo)電極(53)， 所述IGBT單元(10)的溝槽(3 和所述二極管單元OO)的溝槽(3 在沿所述半導(dǎo)體襯底(32)的所述第一表面(33)的方向上延伸，并且所述柵極引導(dǎo)電極(5 相對(duì)于所述溝槽(3 的縱向，在所述溝槽(3 的末端處電連接所述柵極電極(37a)和所述溝槽電極(37b)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述IGBT單元(10)包括多個(gè)溝槽(35)，所述溝槽(3 中的一個(gè)溝槽位于所述集電極層G5)和所述陰極層06)之間的邊界線上，設(shè)置于所述一個(gè)溝槽(3 中的柵極電極(37a)由所述層間絕緣膜Gl)與所述發(fā)射極電極G3)電絕緣，并且所述一個(gè)溝槽(3 界定所述IGBT單元(10)和所述二極管單元OO)之間的邊界。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述IGBT單元(10)的基底層(31)的第一端部(31t)和所述二極管單元QO)的基底層(31)的第二端部(31u)被配置成沒有所述發(fā)射極區(qū)(38)，所述第一端部(31t)位于所述 IGBT單元(10)的與所述二極管單元OO)相鄰的末端，所述第二端部(31u)位于所述二極管單元OO)的與所述IGBT單元(10)相鄰的末端，并且所述第一端部(31t)和所述第二端部(31u)中的每個(gè)都形成有所述第一接觸區(qū)(39) 和所述浮置層GO)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述IGBT單元(10)的基底層(31)的端部(31s)被配置成沒有所述浮置層(40)，所述端部(31s)位于所述IGBT單元(10)的與所述二極管單元OO)相鄰的末端。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述浮置層GO)設(shè)置在所述IGBT單元(10)中并向所述二極管單元OO)延伸并超過所述集電極層0 和所述陰極層G6)之間的邊界線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述浮置層GO)設(shè)置于整個(gè)所述IGBT單元(10)和所述二極管單元00)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二接觸區(qū)0 的雜質(zhì)濃度與所述第一接觸區(qū)(39)的雜質(zhì)濃度不同。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述基底層(31)至少在所述二極管單元00)中提供第二導(dǎo)電類型的RESURF區(qū)(60)， 至少在與所述IGBT單元(10)和所述二極管單元00)之間的邊界相鄰的位置，所述RESURF 區(qū)(60)的深度大于所述IGBT單元(35)的溝槽(35)的深度，且面密度小于所述IGBT單元 (10)的基底層(31)的面密度，并且所述第二接觸區(qū)0 設(shè)置于所述RESURF區(qū)(60)的表面部分中。
14.一種半導(dǎo)體器件，包括界定第一表面(3 和第二表面(34)的半導(dǎo)體襯底(32)，所述半導(dǎo)體襯底(3 包括第一導(dǎo)電類型的漂移層(30)；與所述半導(dǎo)體襯底(3 的所述第二表面(34)相鄰設(shè)置的第二導(dǎo)電類型的集電極層 (45)；在與所述集電極層0 相同的水平面上，與所述半導(dǎo)體襯底(3 的所述第二表面 (34)相鄰設(shè)置的第一導(dǎo)電類型的陰極層G6)；以及設(shè)置于所述集電極層0 和所述陰極層G6)上的集電極電極(47)，其中所述半導(dǎo)體襯底(3 的相對(duì)于沿所述第一表面(3 的方向包括所述集電極層G5) 的區(qū)段構(gòu)成IGBT單元(10)，作為IGBT元件工作，所述半導(dǎo)體襯底(32)的相對(duì)于沿所述第一表面(3 的方向包括所述陰極層G6)的區(qū)段構(gòu)成二極管單元(20)，作為二極管元件工作，其中所述IGBT單元(10)包括設(shè)置于所述漂移層(30)上的第二導(dǎo)電類型的溝道層(31a)； 穿過所述溝道層(31a)并到達(dá)所述漂移層(30)的溝槽(35)； 設(shè)置于所述溝槽(3 的內(nèi)表面上的柵極絕緣膜(36)； 設(shè)置于所述溝槽(3 之內(nèi)的柵極絕緣膜(36)上的柵極電極(37a)； 第一導(dǎo)電類型的發(fā)射極區(qū)(38)，設(shè)置于所述溝道層(31a)的表面部分中并接觸所述溝道層(31a)之內(nèi)的溝槽(35)的側(cè)表面；設(shè)置于所述溝道層(31a)的表面部分中的第二導(dǎo)電類型的第一接觸區(qū)(39)； 在比所述發(fā)射極區(qū)(38)和所述第一接觸區(qū)(39)更深的位置，設(shè)置于所述溝道層(31a) 中的第一導(dǎo)電類型的浮置層(40)，所述浮置層00)將所述浮置層00)分成第一部分以及第二部分，所述第一部分包括所述發(fā)射極區(qū)(38)和所述第一接觸區(qū)(39)，所述第二部分與所述漂移層(30)相鄰；以及被設(shè)置成覆蓋所述柵極電極(37a)的末端的層間絕緣膜(41)，并且所述二極管單元00)包括第二導(dǎo)電類型的RESURF區(qū)(60)，具有比所述溝道層(31a)更低的面密度，至少在與所述IGBT單元(10)和所述二極管單元00)之間的邊界相鄰的位置處深度大于所述溝槽(35)的深度，所述RESURF區(qū)(60)用作陽極；以及設(shè)置于所述RESURF區(qū)(60)的表面部分中的第二導(dǎo)電類型的第二接觸區(qū)02)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其中相對(duì)于垂直于所述半導(dǎo)體襯底(32)的第一表面(33)的方向，所述IGBT單元(10)的溝道層(31a)與所述二極管單元00)之內(nèi)的二極管單元(10)的RESURF區(qū)(60)交疊。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其中相對(duì)于垂直于所述半導(dǎo)體襯底(3 的第一表面(3 的方向，所述二極管單元00)的 RESURF區(qū)(60)與所述IGBT單元(10)之內(nèi)的IGBT單元(10)的溝道層(31a)交疊。
17.根據(jù)權(quán)利要求14到16中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述溝槽(3 在垂直于所述IGBT單元(10)和所述二極管單元00)的排列方向的方向上延伸，并且所述第二接觸區(qū)0 沿所述溝槽(3 的縱向并沿所述IGBT單元(10)和所述二極管單元00)的排列方向間斷地設(shè)置。
18.根據(jù)權(quán)利要求14到16中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述溝槽(3 在垂直于所述IGBT單元(10)和所述二極管單元00)的排列方向的方向上延伸，并且所述第二接觸區(qū)0 沿所述IGBT單元(10)和所述二極管單元00)的排列方向呈條形設(shè)置。
19.根據(jù)權(quán)利要求14到16中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述溝槽(3 在垂直于所述IGBT單元(10)和所述二極管單元00)的排列方向的方向上延伸，并且所述RESURF區(qū)(60)沿所述IGBT單元(10)和所述二極管單元Q0)的排列方向呈條形設(shè)置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其中所述溝槽(3 在垂直于所述IGBT單元(10)和所述二極管單元00)的排列方向的方向上延伸，所述RESURF區(qū)(60)沿所述IGBT單元(10)和所述二極管單元Q0)的排列方向呈條形設(shè)置，并且所述第二接觸區(qū)0 沿所述RESURF區(qū)(60)呈條形設(shè)置，所述第二接觸區(qū)0 的條形部分中的每個(gè)都覆蓋所述RESURF區(qū)(60)的預(yù)定數(shù)量的條形部分。
全文摘要
在一種半導(dǎo)體器件中，IGBT單元(10)包括穿過半導(dǎo)體襯底(32)的基底層(31)到達(dá)半導(dǎo)體襯底(32)的漂移層(30)的溝槽(35)，溝槽(35)內(nèi)表面上的柵極絕緣膜(36)，柵極絕緣膜(36)上的柵極電極(37a)，基底層(31)表面部分中的第一導(dǎo)電類型的發(fā)射極區(qū)(38)，以及基底層(31)表面部分中第二導(dǎo)電類型的第一接觸區(qū)(39)。IGBT單元還包括設(shè)置于基底層(31)之內(nèi)的第一導(dǎo)電類型的浮置層(40)，以將基底層(31)分成包括發(fā)射極區(qū)(38)和第一接觸區(qū)(39)的第一部分以及與漂移層(30)相鄰的第二部分，以及被設(shè)置成覆蓋柵極電極(37a)的末端的層間絕緣膜(41)。二極管單元(20)包括基底層(31)的表面部分中的第二導(dǎo)電類型的第二接觸區(qū)(42)。
文檔編號(hào)H01L27/06GK102376709SQ20111024132
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者井口紘子, 大倉康嗣, 小山雅紀(jì), 杉山隆英, 永岡達(dá)司, 添野明高, 青井佐智子 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 株式會(huì)社電裝