絕緣柵雙極晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種IGBT，其具有發(fā)射極側(cè)(11)上的發(fā)射極電極(2)與集電極側(cè)(15)上的集電極電極(25)之間的層，包括：集電極側(cè)(15)上的集電極層(9)，漂移層(8)，第二傳導率類型的基極層(4)，第一源區(qū)(7)，其在基極層(4)上朝發(fā)射極側(cè)(11)設(shè)置，溝槽柵電極(3)，其設(shè)置在基極層(4)的側(cè)面，并且比基極層(4)更深地延伸到漂移層(8)中，阱(5)，其設(shè)置在基極層(4)的側(cè)面，并且比基極層(4)更深地延伸到漂移層(8)中，增強層(6)，其圍繞基極層(4)，使得增強層(6)將基極層(4)與漂移層(8)和阱(5)完全分隔，作為對發(fā)射極電極(2)的補充的導電層(32)，其覆蓋阱(5)，其中導電層(32)通過第二電絕緣層(36)與阱(5)分隔，第三絕緣層(38)，其在導電層(32)之上具有凹口(39)，使得導電層(32)電接觸發(fā)射極電極(2)。
【專利說明】絕緣柵雙極晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率半導體器件領(lǐng)域。它涉及如權(quán)利要求1的導言所述的絕緣柵雙極。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1示出具有平面柵電極的現(xiàn)有技術(shù)IGBT 120。IGBT 120是一種具有四層結(jié)構(gòu)的器件，該層設(shè)置在發(fā)射極側(cè)11上的發(fā)射極電極(emitter electrode)2與集電極側(cè)15 (其與發(fā)射極側(cè)11相對設(shè)置)上的集電極電極(collector electrode)25之間。(n_)摻雜漂移層8設(shè)置在發(fā)射極側(cè)11與集電極側(cè)15之間。P摻雜基極層4設(shè)置在漂移層8與發(fā)射極電極2之間，該基極層4與發(fā)射極電極2直接電接觸。η-摻雜源區(qū)7設(shè)置在發(fā)射極側(cè)11 (其嵌入平面基極層4)上，并且接觸發(fā)射極電極2。
[0003]平面柵電極31設(shè)置在發(fā)射極側(cè)11之上。平面柵電極31通過第一絕緣層34與基極層4、第一源區(qū)7和漂移層8電絕緣。存在第三絕緣層38，其設(shè)置在平面柵電極31與發(fā)射極電極2之間。在集電極側(cè)，集電極層9設(shè)置在漂移層8與集電極電極25之間。
[0004]這種平面MOS單元設(shè)計在應用于BiMOS類型開關(guān)概念時呈現(xiàn)許多缺點。該裝置因多種效應而具有高通態(tài)損耗。平面設(shè)計提供橫向MOS溝道，該橫向MOS溝道其遭受單元附近的載流子擴張(又稱作JFET效應)。因此，平面單元呈現(xiàn)低載流子增強。此外，由于橫向溝道設(shè)計，平面設(shè)計還因MOS溝道的橫向電子擴張而遭受空穴排流效應(hole drain effect)(PNP效應)。單元之間的區(qū)域提供PiN 二極管部分的強電荷增強。但是，這種PiN效應在具有低單元封裝密度(區(qū)域中的低數(shù)量的單元)的高電壓裝置中只能呈現(xiàn)正面影響。為了實現(xiàn)降低的溝道電阻，以較小單元封裝密度來制作平面裝置，并且這只能采用窄間距(兩個單元之間的距離)來補償，由此降低PiN效應。
[0005]高損耗通過引入η摻雜增強層(其圍繞平面基極層)來降低。
[0006]與阻塞能力有關(guān)，平面設(shè)計因單元中以及單元之間的低峰值場而提供良好阻塞能力。
[0007]平面設(shè)計能夠具有柵電極下面的大MOS積聚區(qū)以及大關(guān)聯(lián)電容。然而，裝置因在單元之間施加場氧化物類型層以用于密勒電容降低而呈現(xiàn)良好可控性。因此，對于平面設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)良好可控性和低開關(guān)損耗。
[0008]此外，對于所需短路電流能夠易于調(diào)整平面設(shè)計中的單元密度。
[0009]考慮上述所有效應，因此，現(xiàn)有技術(shù)平面單元對場氧化物層應用極窄單元和寬間距。
[0010]作為對平面設(shè)計的代替，引入了如圖2所示具有溝槽MOS單元設(shè)計的現(xiàn)有技術(shù)IGBT 130，其中溝槽柵電極3通過第一絕緣層34與基極層4、第一源區(qū)7和漂移層8電絕緣。溝槽柵電極3設(shè)置在相同平面上且橫向于基極層4，并且比基極層4更深地延伸到漂移層8中。
[0011]通過這類溝槽柵電極設(shè)計，通態(tài)損耗較低，因為溝槽設(shè)計提供垂直MOS溝道，這提供沿垂直方向的電子的增強注入，并且沒有遭受單元附近的電荷擴張(所謂的JFET效應)的缺陷。因此，溝槽單元對于較低損耗呈現(xiàn)極大改進的載流子增強。由于垂直溝道設(shè)計，溝槽還因MOS溝道的改進電子擴張而提供較小空穴排流效應(PNP效應)。在溝槽底部，存在積聚層，積聚層為PIN 二極管部分提供強電荷增強。因此，寬和/或深溝槽呈現(xiàn)最佳性能。溝槽設(shè)計對于降低溝道電阻提供大單元封裝密度。但是，溝槽設(shè)計因高峰值電場而在溝槽的底角附近遭受較低阻塞能力。溝槽設(shè)計具有大MOS積聚區(qū)和關(guān)聯(lián)電容，其中難以在溝槽中施加場氧化物類型層以用于密勒電容降低。因此，該裝置引起不良可控性和高開關(guān)損耗。此外，溝槽設(shè)計中的高單元密度將引起高短路電流。
[0012]為了降低上述效應，已經(jīng)使溝槽柵電極較寬和較深，而必須使單元較窄，使得降低損耗，并且能夠使短路電流保持較低。但是，這類溝槽難以加工，并且仍然將遭受不良可控性。
[0013]在圖3所示的另一現(xiàn)有技術(shù)概念中，應用了具有插入(pitched)溝槽柵電極300設(shè)計的IGBT 140，其中MOS區(qū)域插在單元之間。兩個溝槽柵電極3通過層(其由與溝槽柵電極相同的材料所制成)來連接，由此形成下面的區(qū)域，其中設(shè)置基極層的一部分，但是在這個MOS區(qū)域中沒有源區(qū)或者基極層與發(fā)射極電極的接觸是可用的。但是，這類裝置因開關(guān)期間從插入?yún)^(qū)域的緩慢場擴張而引起不良阻塞性質(zhì)和高開關(guān)損耗(圖3)。
[0014]在圖4所示的另一種方式中，偽溝槽單元110已經(jīng)引入到另一種現(xiàn)有技術(shù)IGBT150中，其中有效單元(active cell) 100和偽單元110以交替方式設(shè)置?；鶚O層4和第一源區(qū)7在偽單元110中沒有與發(fā)射極電極2的接觸。但是，對于與插入溝槽設(shè)計所述的相似問題適用。對于這種設(shè)計，η摻雜增強層可引入漂移層8與基極層4之間，以便降低通態(tài)損耗。
[0015]在JP 2011-40586中，描述具有溝槽柵電極的另一種現(xiàn)有技術(shù)IGBT 160。在兩個有效溝槽3之間，設(shè)置淺插入的溝槽300 (其具有相同導電多晶硅材料的上平放平面層)，其沒有與發(fā)射極電極2的接觸，與現(xiàn)有技術(shù)IGBT 140 (圖3所示)相似。但是，當一個基極層4施加在有效單元中以及淺插入的溝槽300下面的插入柵區(qū)域中時，這個基極層4必須相當深，因為插入的柵電極300嵌入基極層4中，而有效溝槽3比基極層4要深。具有不同深度的這類溝槽3、300和深度P基極層4的制造非常困難，因為有效溝槽3和插入的溝槽必須單獨制造。此外，深度P基極層4連接到有效溝槽3，其在可控性方面對裝置導通行為具有負面影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的一個目的是提供一種具有降低通態(tài)損耗、改進阻塞能力、低空穴排流和良好可控性的功率半導體器件，其比現(xiàn)有裝置更易于制造。
[0017]此問題通過具有權(quán)利要求1的特性的半導體器件得到解決。
[0018]發(fā)明絕緣柵雙極晶體管(IGBT)具有發(fā)射極側(cè)上的發(fā)射極電極與集電極側(cè)(其與發(fā)射極側(cè)相對)上的集電極電極之間的層，包括:
-第一傳導率類型的漂移層，
-與第一傳導率類型不同的第二傳導率類型的集電極層，其設(shè)置在漂移層與集電極電極之間，并且電接觸集電極電極， -第二傳導率類型的基極層，其設(shè)置在漂移層與發(fā)射極電極之間，該基極層與發(fā)射極電極直接電接觸，
-第一傳導率類型的第一源區(qū)，具有比漂移層要高的摻雜濃度，該第一源區(qū)在基極層上朝發(fā)射極側(cè)設(shè)置，并且接觸發(fā)射極電極，
-一個或者至少兩個溝槽柵電極，其設(shè)置在基極層側(cè)面，并且比基極層更深地延伸到漂移層中，并且該溝槽柵電極通過第一絕緣層與基極層、第一源區(qū)和漂移層分隔，其中溝道可在發(fā)射極電極、第一源區(qū)、基極層和漂移層之間形成，
-第二傳導率類型的阱(well)，其設(shè)置在基極層側(cè)面，并且比基極層更深地延伸到漂移層中，
-第一傳導率類型的增強層，其圍繞基極層，使得增強層將基極層與漂移層和阱完全分
隔，
-作為對發(fā)射極電極的補充的導電層，其覆蓋阱，并且通過第二電絕緣層至少與阱分
隔，
-第三絕緣層，其在發(fā)射極側(cè)設(shè)置在溝槽柵電極、導電層、以及基極層、增強層和漂移層中位于溝槽柵電極與阱之間的那些部分之上，并且其在導電層之上具有凹口，使得導電層電接觸發(fā)射極電極。
[0019]這個結(jié)構(gòu)通過具有兩個有效單元之間的深阱來組合現(xiàn)有技術(shù)裝置的正面效應，其確保良好阻塞性能、改進可控性和低開關(guān)損耗。此外，深阱通過增強層與基極層分隔，以獲得更好的導通行為。增強層本身也具有降低通態(tài)損耗的優(yōu)點。由于導電層處于發(fā)射極電極的電位，所以它通過增加柵電路中的電容效應而沒有起負面作用，并且因此得到具有較低損耗和良好可控性的開關(guān)。
[0020]對于創(chuàng)建發(fā)明IGBT，沒有使用例如具有不同深度的溝槽等的復雜步驟。發(fā)明IGBT對于靜態(tài)和動態(tài)特性具有良好電性質(zhì)。
[0021]此外，該裝置易于制造，因為發(fā)明設(shè)計能夠基于阱與柵極之間的基極層和增強層的自對齊過程以及存在時的第二源區(qū)(其具有也在其它IGBT裝置類型上應用發(fā)明發(fā)射極在一側(cè)的結(jié)構(gòu)、例如多個可能組合中的反向?qū)ㄔO(shè)計的可能性)的自對齊過程來制造。發(fā)明設(shè)計適合于完全或部分條帶，但是也能夠在蜂窩設(shè)計中實現(xiàn)。導電層用作創(chuàng)建增強層和基極層(自對齊)的掩模，其是有利的，因為不需要掩模對齊(如同對于僅為了創(chuàng)建這些層而施加并且此后被去除掩模的情況)，并且不必去除掩模以用于完成裝置。
[0022]通過從屬權(quán)利要求，按照本發(fā)明的其它優(yōu)點將是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]下文中將參照附圖更詳細地說明本發(fā)明的主題，附圖包括:
圖1示出按照現(xiàn)有技術(shù)的具有平面柵電極的IGBT ；
圖2示出按照現(xiàn)有技術(shù)的具有溝槽柵電極的IGBT ；
圖3示出按照現(xiàn)有技術(shù)的具有插入的溝槽柵電極的另一個IGBT ；
圖4示出按照現(xiàn)有技術(shù)的具有偽單元的另一個IGBT ；
圖5示出按照現(xiàn)有技術(shù)的具有插入的溝槽柵電極的另一個IGBT ；
圖6示出按照本發(fā)明的IGBT的第一示范實施例；以及 圖7至圖12示出按照本發(fā)明的IGBT的其它示范實施例。
[0024]在參考標號列表中概括附圖中使用的參考標號及其含意。一般來說，對相似或者相似機能的部件賦予相同參考標號。所述實施例意在作為示例而不是限制本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0025]圖6示出采取具有四層結(jié)構(gòu)(pnpn)的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)形式的發(fā)明功率半導體器件I的第一實施例。層設(shè)置在發(fā)射極側(cè)11上的發(fā)射極電極2與集電極側(cè)15 (其與發(fā)射極側(cè)11相對設(shè)置)上的集電極電極25之間。IGBT包括下列層:
-(η-)低摻雜漂移層8設(shè)置在發(fā)射極側(cè)11與集電極側(cè)15之間。示范地，漂移層具有恒定均勻的低摻雜濃度。
[0026]-P摻雜集電極層9設(shè)置在漂移層8與集電極電極25之間。集電極層設(shè)置成鄰近并且電接觸集電極電極25。
[0027]-P摻雜基極層4設(shè)置在漂移層8與發(fā)射極電極2之間?；鶚O層4與發(fā)射極電極2直接電接觸。
[0028]-η摻雜第一源區(qū)7在基極層4上朝發(fā)射極側(cè)11設(shè)置，并且接觸發(fā)射極電極2。第一源區(qū)7具有比漂移層8要高的摻雜濃度。對于第一源區(qū)7設(shè)置在基極層4之上，意味著第一源區(qū)7設(shè)置在發(fā)射極側(cè)11的表面。第一源區(qū)7可嵌入基極層4，使得兩個層在發(fā)射極側(cè)11上具有共同表面。
[0029]-溝槽柵電極3或者多個、即至少兩個溝槽柵電極3設(shè)置相同平面(該平面位于與發(fā)射極側(cè)11平行)并且橫向于基極層4，并且比基極層4更深地從發(fā)射極側(cè)11延伸到漂移層8中。溝槽柵電極3通過第一絕緣層34與基極層4、第一源區(qū)7和漂移層8分隔。溝道可在發(fā)射極電極2、第一源區(qū)7、基極層4和漂移層8之間形成。溝槽柵電極可具有專業(yè)人員眾所周知的任何設(shè)計，例如蜂窩設(shè)計、完全或部分條帶。
[0030]-P摻雜阱5設(shè)置相同平面上且橫向于基極層4，并且比基極層4更深地延伸到漂移層8中。P阱5沒有連接到P基極層4。
[0031]-η摻雜增強層6 (其比漂移層8經(jīng)過更高的摻雜)圍繞基極層4，使得增強層6將基極層4與漂移層8和阱5完全分隔。示范地，增強層6比阱5要淺。
[0032]-作為對發(fā)射極電極(2)的補充，導電層32設(shè)置在發(fā)射極側(cè)11(其覆蓋阱5)上(圖12)。另外，導電層32可覆蓋增強層6中設(shè)置在阱5與基極層4之間的這部分并且延伸到基極層4上方的區(qū)域。在這個實施例中，如果漂移層延伸到發(fā)射極側(cè)11的表面，則漂移層8也被導電層32覆蓋。為了制造這種裝置，第二電絕緣層36和/或?qū)щ妼?2能夠用作掩模，因此簡化制造。導電層32能夠由任何適當?shù)膶щ姴牧稀⑹痉兜貫槎嗑Ч杌蚪饘賮碇瞥伞?br> [0033]-第二電絕緣層36將導電層32分別與阱5和其它層4、6分隔。這個第二絕緣層36能夠選擇為薄至50至150 nm，其比例如圖3和圖4所示裝置等的現(xiàn)有技術(shù)裝置(其厚度為500至1500 nm的具有采取氧化硅層形式的第三絕緣層38)中使用的絕緣層38要薄許多。通過具有這種薄的第二絕緣層，電容必定降低，并且由此開關(guān)能力得到改進。
[0034]-第三絕緣層38在發(fā)射極側(cè)11上設(shè)置在溝槽柵電極3、導電層32、以及基極層4、增強層6和漂移層8中延伸到溝槽柵電極3與阱5之間的發(fā)射極側(cè)11的那些部分之上。第三絕緣層38在導電層32之上、即在層32中位于與第二絕緣層38相對的這一側(cè)上具有凹口 39，使得導電層32與發(fā)射極電極2電接觸。
[0035]“橫向”在本描述中將表示兩個層/區(qū)域設(shè)置在相同平面中，該平面位于與發(fā)射極側(cè)平行。在那個平面中，層相互橫向(鄰接、側(cè)對側(cè))或相鄰設(shè)置，而層相互之間可具有距離，即，另一層可設(shè)置在兩個層之間，但是它們也可彼此直接相鄰、即彼此接觸。層的“橫向偵『將是對象中與發(fā)射極側(cè)11垂直的側(cè)面。
[0036]在圖7至圖12中，公開與圖6所示IGBT相似的IGBT，但是這些IGBT包括附加特征，如下面更詳細說明。
[0037]在圖7所示的發(fā)明IGBT中，第二 η摻雜源區(qū)75在發(fā)射極側(cè)11設(shè)置在溝槽柵電極3與阱5之間的基極層4上，其中第二源區(qū)75示范地從第一電絕緣層34至少延伸到導電層32的邊界。第二源區(qū)75示范地連同第一源區(qū)7 —起創(chuàng)建，因而減少制造期間的掩蔽步驟。第二源區(qū)75具有比漂移層8要高的摻雜濃度。
[0038]圖8示出包括η摻雜緩沖層85的另一個發(fā)明IGBT，η摻雜緩沖層85具有比漂移層8要高的摻雜濃度，設(shè)置在漂移層8與集電極層9之間。
[0039]發(fā)明發(fā)射極在一側(cè)設(shè)計還能夠應用于反向?qū)↖GBT，其中在與集電極層9相同的平面中(即，在集電極側(cè)15上和橫向于集電極層9)，如圖9所示設(shè)置η摻雜第一區(qū)95。因此，第一區(qū)95與集電極層9交替地設(shè)置。第一區(qū)95具有比漂移層8要高的摻雜濃度。
[0040]導電層32可由與溝槽柵電極3相同的材料來制成。通過其與發(fā)射極電極2接觸，導電層32處于與發(fā)射極電極2相同的電位。這個層不是像柵電極那樣可控的。因此，它因柵極上的增加電容效應而對開關(guān)性能沒有負面影響。
[0041]在如圖10所示的另一示范實施例中，發(fā)明IGBT包括P阱5，其比溝槽柵電極3更深地延伸到漂移層8中。這將提供改進阻塞性能和較低開關(guān)損耗。
[0042]在圖6至圖10和圖12中，增強層6直接鄰接阱5。備選地，如圖11所示，漂移層8可在阱5與增強層6之間的區(qū)域中延伸到絕緣層36。在這個實施例中，漂移層8延伸到晶片的表面，使得增強層6和阱5通過漂移層8相互分隔。通態(tài)損耗可通過這種布置來降低。
[0043]在用于這個實施例的一種示范制造方法中，第二絕緣層36和導電層32用作用于創(chuàng)建基極層4和增強層6的掩模。在寬導電層32和窄阱5的情況下，阱5和增強層6變成相互隔絕(disposed)。示范地，發(fā)明半導體器件能夠包括具有與導電層32不同數(shù)量的溝槽柵電極3的柵電極設(shè)計。例如，可存在比設(shè)置在設(shè)計中的溝槽柵電極3要少的導電層32，使得有效單元100對總區(qū)域的密度增加。在另一個備選方案中，超過一個P阱5設(shè)置在有效溝槽之間，其中阱5可設(shè)置在公共導電層之下，或者阱5可設(shè)置在獨立導電層32之下，其中層32通過第三絕緣層38分隔。在兩個阱5之間，具有由增強層6圍繞的基極層4的結(jié)構(gòu)可重復。
[0044]在另一示范實施例中，發(fā)明IGBT I包括P摻雜條，其具有比基極層4要高的摻雜濃度。該條在發(fā)射極側(cè)11設(shè)置在與圖6至圖12所示的透視圖垂直的平面中。在該條處，源區(qū)7和75、基極層4以及增強層6端接。該條延伸到晶片的表面。該條在與發(fā)射極側(cè)平行的平面中與第一源區(qū)7附連溝槽柵電極3的方向垂直地延伸。
[0045]阱5可延伸到條45，或者備選地，它可端接，使得沒有實現(xiàn)與條45的接觸。在這種情況下，增強層6或基極層4或者這兩種層可設(shè)置在阱5與條45之間。阱與條之間的連接將產(chǎn)生非浮動阱，其將增加靜態(tài)損耗并且使開關(guān)性能惡化。
[0046]在另一個實施例中，交換傳導率類型，即，第一傳導率類型的所有層為P型(例如漂移層8、第一和第二源區(qū)7、75)，而第二傳導率類型的所有層為n型(例如基極層4、阱5)。
[0047]發(fā)明IGBT I通過下列方法來制造。提供具有發(fā)射極側(cè)和集電極側(cè)的低(n_)摻雜晶片。晶片具有均勻恒定的摻雜濃度。晶片可基于硅或GaN或SiC晶片來制成。在成品絕緣柵雙極晶體管I中具有未修正低摻雜的晶片的部分形成漂移層8。
[0048]施加掩模,并且引入第一 P摻雜劑以用于形成講5。
[0049]在發(fā)射極側(cè)11上引入溝槽凹口，溝槽凹口涂敷有第一絕緣層34。經(jīng)涂敷的溝槽凹口則填充有導電材料，例如重摻雜多晶硅或者如鋁等金屬。通過這個步驟，形成溝槽柵電極3。
[0050]此后，形成第二絕緣層36，其覆蓋阱5。在這個第二絕緣層36之上，形成導電層32。這個導電層32可由與溝槽柵電極3相同的材料來形成，但是也可使用其它導電材料。導電層32覆蓋阱5，并且可橫向(即，在與發(fā)射極側(cè)11平行的平面中)延伸超出阱5，使得阱由導電層32覆蓋，但是通過第二絕緣層36與其絕緣。導電層32可示范地延伸到阱5外部I至10 y m,在另一個示范實施例中為I至5 iim或者5至10 u m0由于第二絕緣層36將導電層32與晶片絕緣，所以它至少橫向延伸到導電層32的橫向側(cè)或者甚至超出其橫向側(cè)。
[0051]然后，增強層6通過在發(fā)射極側(cè)11上引入n第二摻雜劑(使用導電層32作為掩模來將其擴散到晶片中)來形成。
[0052]在引入n第二摻雜劑之后，基極層4通過在發(fā)射極側(cè)11上引入p第三摻雜劑、使用導電層32作為掩模來形成。p第三摻雜劑從發(fā)射極側(cè)11擴散到晶片中比第二摻雜劑擴散到的深度要低的深度，使得基極層5嵌入增強層6中。根據(jù)導電層32延伸超出p阱5的距離以及根據(jù)第二和第三摻雜劑的擴散深度/長度，在圖6中(增強層6延伸到p阱5，但是將P阱5與基極層4分隔)或者在圖12中(其中增強層6仍然將基極層4與漂移層8分隔，但是通過漂移層8與p阱5分隔)示出實施例。在這種裝置中，第三摻雜劑沒有橫向地擴散到遠至到達P阱5。
[0053]示范地，集電極層9則通過在集電極側(cè)15上引入p第四摻雜劑(其擴散到晶片中)來形成。集電極層9也可在另一個制造步驟制作。
[0054]如果創(chuàng)建緩沖層85 (參見圖8)，則緩沖層85必須在集電極層9之前被創(chuàng)建。緩沖層85示范地通過在集電極側(cè)15上引入n摻雜劑來創(chuàng)建。緩沖層85始終具有比漂移層8要高的摻雜濃度。
[0055]然后，將第三絕緣層38施加在導電層32(其橫向延伸到溝槽柵電極3)之上。制作第三絕緣層38，其中具有導電層32上的凹口 39以用于導電層32與發(fā)射極電極2接觸，并且具有發(fā)射極電極2到基極層4的接觸開口。凹口和接觸開口示范地通過分別部分去除基極層和導電層之上的第三絕緣層38來制作。
[0056]在接觸開口中，n第五摻雜劑使用第三絕緣層38和導電層32作為掩模來弓丨入，以用于形成第一源區(qū)7。示范地，此后激活第五摻雜劑。[0057]備選地，導電層32可用作掩模，以用于引入η第五摻雜劑。在這種情況下，創(chuàng)建兩個溝槽柵電極3之間的第一源區(qū)以及溝槽柵電極3與P阱5之間的第二源區(qū)75。然后，在創(chuàng)建源區(qū)7、75之后，可施加第三絕緣層38。第三絕緣層38覆蓋第二源區(qū)75、凹口 39旁的導電層32，并且使兩個溝槽柵電極3之間的接觸開口保留為開啟。示范地執(zhí)行蝕刻步驟，以便經(jīng)過第一源區(qū)7進行蝕刻以用于基極層5與發(fā)射極電極2 (圖中未示出)接觸；通過這種方法，基極層5到發(fā)射極電極2的接觸開口設(shè)置在發(fā)射極側(cè)11之下的平面中。晶片的發(fā)射極側(cè)11將是最外側(cè)平面，其中層或區(qū)域在設(shè)置發(fā)射極電極2的側(cè)平行地設(shè)置在晶片中。
[0058]備選地，采用覆蓋兩個溝槽柵電極3之間的中心區(qū)域的掩模來創(chuàng)建源區(qū)，以用于基極層5與發(fā)射極電極3的接觸。
[0059]最后,制作發(fā)射極電極2和集電極電極25。
[0060]摻雜劑能夠通過適當方法、例如植入或沉積來引入。擴散步驟能夠在引入對應摻雜劑之后直接進行，但是也能夠在后一階段執(zhí)行，例如對于基極層4，P阱5采用擴散步驟來制作，其摻雜剖面從最大值穩(wěn)定地降低到摻雜劑的最大擴散深度(這取決于摻雜劑種類和擴散條件、例如擴散時間和溫度)。應當注意，術(shù)語“包括”并不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”并不排除多個。也可組合與不同實施例結(jié)合描述的元件。還應當注意，權(quán)利要求書中的參考標號不應當理解為限制權(quán)利要求的范圍。
[0061]參考標號列表
1IGBT
10晶片
11發(fā)射極側(cè)
12第一側(cè)
15集電極側(cè)
16第二側(cè) 100 有效單元 110 偽單元
120，130，140，150，160 現(xiàn)有技術(shù) IGBT
2發(fā)射極電極 25 集電極電極
3溝槽柵電極
31平面柵極 300 插入溝槽柵極
32導電層
34 第一絕緣層 36 第二絕緣層
38第三絕緣層
39凹口
4基極層
5阱
6增強層7第一源區(qū)75第二源區(qū)
8漂移層85緩沖層
9集電極層95第一區(qū)。
【權(quán)利要求】
1.一種絕緣柵雙極晶體管，具有發(fā)射極側(cè)(11)上的發(fā)射極電極(2)和與所述發(fā)射極側(cè)(11)相對的集電極側(cè)(15)上的集電極電極(25)之間的層，包括: -第一傳導率類型的漂移層(8)， -與所述第一傳導率類型不同的第二傳導率類型的集電極層(9)，其設(shè)置在所述漂移層⑶與所述集電極電極(25)之間，并且電接觸所述集電極電極(25)， -第二傳導率類型的基極層(4)，所述基極層(4)設(shè)置在所述漂移層(8)與所述發(fā)射極電極(2)之間，所述基極層(4)電接觸所述發(fā)射極電極(2)， -所述第一傳導率類型的第一源區(qū)(7)，其在所述基極層(4)上朝所述發(fā)射極側(cè)(11)設(shè)置，并且電接觸所述發(fā)射極電極(2)，所述第一源區(qū)(7)具有比所述漂移層⑶要高的摻雜濃度， -溝槽柵電極(3)，其設(shè)置在所述基極層(4)側(cè)面，并且比所述基極層(4)更深地延伸到所述漂移層(8)中，并且所述溝槽柵電極(3)通過第一絕緣層(34)與所述基極層(4)、所述第一源區(qū)(7)和所述漂移層(8)分隔，其中溝道能在所述發(fā)射極電極(2)、所述第一源區(qū)(7)、所述基極層(4)和所述漂移層(8)之間形成， -所述第二傳導率類型的阱(5)，其設(shè)置在所述基極層(4)的側(cè)面，并且比所述基極層(4)更深地延伸到所述漂移層(8)中， -所述第一傳導率類型的增強層(6)，其圍繞所述基極層(4)，使得所述增強層(6)將所述基極層(4)與所述漂移層(8)和所述阱(5)完全分隔， -作為對所述發(fā)射極電極⑵的補充的導電層(32)，其覆蓋所述阱(5)，其中所述導電層(32)通過第二電絕緣層(36)與所述阱(5)分隔， -第三絕緣層(38)，其在所述發(fā)射極側(cè)(11)上設(shè)置在所述溝槽柵電極(3)、所述導電層(32)、以及所述基極層(4)、所述增強層(6)和所述漂移層(8)中位于所述溝槽柵電極(3)與所述阱(5)之間的那些部分之上，并且其在所述導電層(32)之上具有凹口(39)，使得所述導電層(32)電接觸所述發(fā)射極電極(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管(I)，其特征在于，所述第一傳導率類型的第二源區(qū)(75)在所述發(fā)射極側(cè)(11)設(shè)置在所述溝槽柵電極(3)與所述阱(5)之間的所述基極層(4)上，其中所述第二源區(qū)(75)從所述第一電絕緣層(34)至少延伸到所述第二電絕緣層(36)的邊界，所述第二源區(qū)(75)具有比所述漂移層(8)要高的摻雜濃度。
3.如權(quán)利要求1和2中的任一項所述的絕緣柵雙極晶體管(I)，其特征在于，所述阱(5)比所述溝槽柵電極(3)更深地延伸到所述漂移層(8)中。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項所述的絕緣柵雙極晶體管(I)，其特征在于，具有比所述漂移層(8)要高的摻雜濃度的所述第一傳導率類型的緩沖層(85)設(shè)置在所述漂移層(8)與所述集電極層(9)之間。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的絕緣柵雙極晶體管(I)，其特征在于，所述絕緣柵雙極晶體管(I)還包括所述第一傳導率類型的第一區(qū)(95)，所述第一區(qū)(95)在所述集電極側(cè)(15)設(shè)置在所述集電極層(9)的側(cè)面，所述第一區(qū)(95)具有比所述漂移層(8)要高的摻雜濃度。
6.如權(quán)利要求1和5中的任一項所述的絕緣柵雙極晶體管(I)，其特征在于，所述導電層(32)由與所述溝槽柵電極(3)相同的材料制成。
7.如權(quán)利要求1至6中的任一項所述的絕緣柵雙極晶體管(I)，其特征在于，所述絕緣柵雙極晶體管(I)還包括具有比所述基極層(4)要高的摻雜濃度的所述第二傳導率類型的條(45)，所述條(45)在所述發(fā)射極側(cè)(11)、在與所述發(fā)射極側(cè)(11)平行的平面中與所述第一源區(qū)(7)附連所述溝槽柵電極(3)的方向垂直地設(shè)置，并且在所述條，所述第一源區(qū)(7)、所述基極層(4)和所述溝槽柵電極(3)端接。
8.如權(quán)利要求6所述的絕緣柵雙極晶體管(I)，其特征在于，所述阱(5)延伸到所述條。
9.如權(quán)利要求6所述的絕緣柵雙極晶體管(I)，其特征在于，所述阱(5)通過所述增強層(6)和所述基極層(4)中的至少一個與所述條分隔。
10.如權(quán)利要求1至8中的任一項所述的絕緣柵雙極晶體管(I)，其特征在于，所述導電層(32)還覆蓋所述增強層(6)中延伸到所述阱(5)與所述第一絕緣層(34)之間的區(qū)域中的所述發(fā)射極側(cè)(11)的這部分，并且延遲到所述基極層(4)上方的區(qū)域，其中所述導電層(32)通過所述第 二電絕緣層(36)與這些層(4，5，6)分隔。
11.如權(quán)利要求1至9中的任一項所述的絕緣柵雙極晶體管(I)，其特征在于，所述漂移層(8)延伸到所述阱(5)與所述增強層(6)之間的區(qū)域中的所述第二電絕緣層(36)。
12.如權(quán)利要求1至10中的任一項所述的絕緣柵雙極晶體管(I)，其特征在于，所述第二電絕緣層(36)具有50至150 nm的厚度。
13.一種用于制造絕緣柵雙極晶體管的方法，其中，執(zhí)行下列制造步驟: -提供具有發(fā)射極側(cè)和集電極側(cè)的第一傳導率類型的低摻雜晶片，所述晶片的部分在成品絕緣柵雙極晶體管(I)中具有未修正低摻雜，以形成漂移層(8)， -施加掩模并且引入與所述第一傳導率類型不同的第二傳導率類型的第一摻雜劑，以用于形成阱(5)， -在所述發(fā)射極側(cè)(11)上制作溝槽凹口，采用第一絕緣層(34)來涂敷所述溝槽凹口，并且采用導電材料來填充經(jīng)涂敷的溝槽凹口，使得形成溝槽柵電極(3)， -形成覆蓋所述阱(5)的第二絕緣層(36)， -在所述第二絕緣層(36)之上形成導電層(32)， -通過引入所述第一傳導率類型的第二摻雜劑，并且使用所述導電層(32)作為掩模將所述第二摻雜劑擴散到所述晶片中，來創(chuàng)建增強層(6)， -在引入所述第二摻雜劑之后，通過使用所述導電層(32)作為掩模引入所述第二傳導率類型的第三摻雜劑，并且將第三摻雜劑從所述發(fā)射極側(cè)(11)引入所述晶片到比第二摻雜劑擴散到的更低的深度，來創(chuàng)建基極層(4)， -通過在所述集電極側(cè)(15)上引入所述第二傳導率類型的第四摻雜劑，并且將所述第四摻雜劑擴散到所述晶片中，來創(chuàng)建集電極層(9)， -至少使用所述導電層(32)作為掩模來引入所述第一傳導率類型的第五摻雜劑，以用于形成第一源區(qū)(7)， -在所述導電層(32)之上施加第三絕緣層(38)，所述第三絕緣層(38)在所述導電層(32)上具有凹口(39)以用于所述導電層(32)與所述發(fā)射極電極(2)的接觸和到所述基極層(4)的接觸開口， -施加發(fā)射極電極⑵和集電極電極(25)。
14.如權(quán)利要求13所述的用于制造絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于-首先在所述導電層(32)之上施加所述第三絕緣層(38)，使得所述第三絕緣層(38)橫向延伸到所述溝槽柵電極(3)，所述第三絕緣層(38)具有到所述基極層(4)的接觸開口，-使用所述第三絕緣層(38)和所述導電層(32)作為掩模來引入所述第一傳導率類型的第五摻雜劑，以用于形成第一源區(qū)(7`)。
【文檔編號】H01L29/10GK103650148SQ201280033829
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月7日
【發(fā)明者】M.安登納, M.拉希莫, C.科瓦斯塞, A.科普塔 申請人:Abb 技術(shù)有限公司