半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種包括有源區(qū)的半導(dǎo)體器件，有源區(qū)具有：第一導(dǎo)電類型的基底層，具有第二導(dǎo)電類型的下部半導(dǎo)體層；第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)，與基底層接觸；第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)，位于本體區(qū)中；第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)，至少部分位于本體區(qū)之下，第一摻雜區(qū)的摻雜濃度高于基底層的摻雜濃度；發(fā)射極電極，連接到源極區(qū)；從基底層的頂部向下延伸的溝槽，含有連接到發(fā)射極電極的屏蔽電極，其中溝槽延伸到基底層中的深度比第一摻雜區(qū)深；以及柵極，至少部分形成在至少一部分源極區(qū)和本體區(qū)上方并且與屏蔽電極電絕緣；并且其中半導(dǎo)體器件還包括結(jié)終止區(qū)域，結(jié)終止區(qū)域包括從器件的表面向內(nèi)延伸的至少一個(gè)第二溝槽，第二溝槽至少部分內(nèi)襯有介電層。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件的領(lǐng)域，特別涉及功率半導(dǎo)體器件比如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的新型結(jié)終止結(jié)構(gòu)(junct1n terminat1n)。

【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件被廣泛地用作消費(fèi)電子產(chǎn)品、工業(yè)機(jī)器、汽車以及高速火車等中的電功率轉(zhuǎn)換的器件。通過(guò)結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，性能提高也逐年得到實(shí)現(xiàn)。與平面型器件相比，采用溝槽技術(shù)的功率器件提供了每單位面積上具有顯著增長(zhǎng)的溝道寬度。并且，采用溝槽技術(shù)的半導(dǎo)體器件提供了優(yōu)異的開(kāi)關(guān)特性，并且被用在要求快速開(kāi)關(guān)的應(yīng)用中。
[0003]根據(jù)美國(guó)專利申請(qǐng)US2012/0104555A1，描述了一種具有平面柵極的IGBT，其中所述IGBT展現(xiàn)了溝槽中的與柵極電極隔離且與源極端子連接的屏蔽電極。此外，這個(gè)IGBT在漂移區(qū)的上部中具有比漂移區(qū)的摻雜濃度高的摻雜濃度的η層。
[0004]另外，根據(jù)德國(guó)專利DE10007415C2，描述了一種具有平面柵極的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)控制的功率器件，所述功率器件同樣展現(xiàn)了溝槽中的與柵極電極隔離且與源極端子連接的屏蔽電極。
[0005]為了改善帶有屏蔽電極的功率半導(dǎo)體器件(例如IGBT)的性能，存在為帶有屏蔽電極的功率半導(dǎo)體器件提供具有小橫向范圍的有效結(jié)終止結(jié)構(gòu)的需要。同時(shí)，這種結(jié)終止結(jié)構(gòu)的制造工藝應(yīng)當(dāng)盡可能地各易。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型提供一種用于帶有屏蔽電極的功率半導(dǎo)體器件(例如IGBT)的有效結(jié)終止結(jié)構(gòu),所述結(jié)終止結(jié)構(gòu)包含在結(jié)終止結(jié)構(gòu)的區(qū)域中的溝槽。優(yōu)選地,這些溝槽與包含屏蔽電極的溝槽同時(shí)地實(shí)現(xiàn)，即使用相同的工藝來(lái)制造包含屏蔽電極的溝槽和充當(dāng)結(jié)終止結(jié)構(gòu)的溝槽。
[0007]本實(shí)用新型公開(kāi)了一種包括有源區(qū)的半導(dǎo)體器件，有源區(qū)具有:第一導(dǎo)電類型的基底層，具有第二導(dǎo)電類型的下部半導(dǎo)體層；第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)，與基底層接觸；第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)，位于本體區(qū)中；第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)，至少部分位于本體區(qū)之下，第一摻雜區(qū)的摻雜濃度高于基底層的摻雜濃度；發(fā)射極電極，連接到源極區(qū)；從基底層的頂部向下延伸的溝槽，含有連接到發(fā)射極電極的屏蔽電極，其中溝槽延伸到基底層中的深度比第一摻雜區(qū)深；以及柵極，至少部分形成在至少一部分源極區(qū)和本體區(qū)上方并且與屏蔽電極電絕緣；并且其中半導(dǎo)體器件還包括結(jié)終止區(qū)域，結(jié)終止區(qū)域包括從器件的表面向內(nèi)延伸的至少一個(gè)第二溝槽，第二溝槽至少部分內(nèi)襯有介電層。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二溝槽的深度和寬度均比所述第一溝槽的深度和寬度大。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二溝槽中的一個(gè)還包括由所述介電層環(huán)繞的高導(dǎo)電區(qū)，所述高導(dǎo)電區(qū)是電浮置的或者與所述頂部電極連接。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述第二溝槽中的所述一個(gè)、所述介電層和所述高導(dǎo)電區(qū)的構(gòu)造實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)于所述第一溝槽、所述第一隔離層和所述屏蔽電極。
[0011]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述第二溝槽中的至少一個(gè)還包括由介電層環(huán)繞的補(bǔ)償層，所述補(bǔ)償層電連接至在該補(bǔ)償層所位于的溝槽與在朝器件的有源區(qū)域方向上的相鄰溝槽之間的臺(tái)面。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述第二溝槽中的一個(gè)還包括由所述介電層環(huán)繞的溝道阻止層，所述溝道阻止層電連接至器件的底部電極。
[0013]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述第二溝槽中的至少一個(gè)完全填充有所述介電層。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)第二溝槽包括多個(gè)第二溝槽，其中所述多個(gè)第二溝槽之間的距離能夠是恒定的或者變化的，所述多個(gè)第二溝槽限定兩個(gè)接連溝槽之間的至少一個(gè)臺(tái)面區(qū)。
[0015]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述第一摻雜區(qū)是在所述基底層的至少一部分上方。
[0016]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述第一摻雜區(qū)的摻雜濃度是不均勻的并且所述第一摻雜區(qū)的最高摻雜濃度區(qū)域是在本體區(qū)下面。
[0017]在另一個(gè)實(shí)施例中，具有第二導(dǎo)電類型的第二摻雜區(qū)，位于本體區(qū)的頂部上并且在橫向上與源極區(qū)相鄰或不相鄰，并且連接到發(fā)射極電極。
[0018]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)射極電極嵌入到所述源極區(qū)中以形成溝槽接觸。
[0019]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件為垂直型功率器件并且包括位于基底層下面且與下部半導(dǎo)體層接觸的集電極。
[0020]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件還包括具有第一導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)，位于充當(dāng)漂移區(qū)的基底層與充當(dāng)集電極區(qū)的下部半導(dǎo)體層之間。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]附圖被包括以提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，以及附圖被結(jié)合在說(shuō)明書(shū)中并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖示出本實(shí)用新型的實(shí)施例，并且與描述一起用來(lái)解釋本實(shí)用新型的原理。本實(shí)用新型的其他實(shí)施例以及許多預(yù)期優(yōu)點(diǎn)將容易被認(rèn)識(shí)到，因?yàn)橥ㄟ^(guò)參照下面的詳細(xì)描述，它們變得更好理解。附圖的元件不一定是相對(duì)于彼此按比例的。類似的附圖標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的類似部分。
[0022]圖1為依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的IGBT的示意截面圖，其中IGBT具有溝槽中的通過(guò)隔離層而與柵極電極隔離的屏蔽電極以及具有基于另一溝槽的填充有與隔離層相同或不同的介電層的結(jié)終止結(jié)構(gòu)。
[0023]圖2為依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的IGBT的示意截面圖，其中IGBT具有溝槽中的通過(guò)隔離層而與柵極電極隔離的屏蔽電極以及具有基于一個(gè)附加溝槽的結(jié)終止結(jié)構(gòu)，該附加溝槽中的電極連接到鄰近的P區(qū)。
[0024]圖3為依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的IGBT的示意截面圖，其中IGBT具有溝槽中的通過(guò)隔離層而與柵極電極隔離的屏蔽電極以及具有基于多個(gè)附加溝槽的結(jié)終止結(jié)構(gòu)，該多個(gè)附加溝槽中的電極連接到鄰近的P區(qū)。
[0025]圖4為依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的IGBT的示意截面圖，其中IGBT具有溝槽中的通過(guò)隔離層而與柵極電極隔離的屏蔽電極以及具有包括附加吸收劑溝槽的結(jié)終止結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0026]在下面的詳細(xì)描述中，參照了形成其一部分的附圖，以及在附圖中通過(guò)說(shuō)明的方式示出其中可以實(shí)踐本實(shí)用新型的特定實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本實(shí)用新型的范圍的情況下，可以利用其他實(shí)施例并且可以做出結(jié)構(gòu)的或邏輯的改變。舉例來(lái)說(shuō)，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分示出或描述的特征可以結(jié)合其他實(shí)施例來(lái)使用以產(chǎn)生又一實(shí)施例。本實(shí)用新型意圖包括這樣的修改和變型。實(shí)例是使用不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制所附權(quán)利要求書(shū)的范圍的特定語(yǔ)言來(lái)描述的。附圖不是按比例的，而是僅僅用于說(shuō)明性目的。為了清楚起見(jiàn)，如果沒(méi)有另作說(shuō)明，則在不同附圖中用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同的元件或制造過(guò)程。
[0027]如在說(shuō)明書(shū)中所采用的，術(shù)語(yǔ)“電耦合”不限制是指元件必須直接耦合在一起。可選地，可以在“電耦合”的元件之間提供中間元件。作為一個(gè)實(shí)例，中間元件中的一部分、全部或者沒(méi)有中間元件可以是可控的以在“電耦合”的元件之間提供低歐姆連接，并且在另一時(shí)間提供非低歐姆連接。術(shù)語(yǔ)“電連接”意圖描述電連接在一起的元件之間的低歐姆電連接，例如經(jīng)由金屬和/或高度摻雜的半導(dǎo)體的連接。
[0028]一些附圖通過(guò)在摻雜類型旁邊指示或“ + ”來(lái)指代相對(duì)摻雜濃度。舉例來(lái)說(shuō)，“n_”是指小于“η”摻雜區(qū)的摻雜濃度的摻雜濃度，而“n+”摻雜區(qū)具有與“η”摻雜區(qū)相比更大的摻雜濃度。具有相同的相對(duì)摻雜濃度的摻雜區(qū)可以具有或者可以不具有相同的絕對(duì)摻雜濃度。舉例來(lái)說(shuō)，兩個(gè)不同的η+摻雜區(qū)可以具有不同的絕對(duì)摻雜濃度。這也適用于例如ιΓ摻雜和P+摻雜區(qū)。在下面描述的實(shí)施例中，所示的半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)電類型被表示為η型或P型，更詳細(xì)來(lái)說(shuō)是η—型、η型、η+型、P—型、P型和P+型中的一個(gè)。在每個(gè)所示的實(shí)施例中，所示的半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)電類型可以是相反的。換句話說(shuō)，在下面描述的任一個(gè)實(shí)施例的替換實(shí)施例中，所示的P型區(qū)可以是η型，并且所示的η型區(qū)可以是P型。
[0029]諸如“第一”、“第二”等等之類的術(shù)語(yǔ)被用來(lái)描述各種結(jié)構(gòu)、元件、區(qū)、段等等，并且不意圖進(jìn)行限制。類似的術(shù)語(yǔ)在整個(gè)描述中指代類似的元件。
[0030]術(shù)語(yǔ)“具有”、“包含”、“包括”、“包括”等等是開(kāi)放性的，并且所述術(shù)語(yǔ)指示所述元件或特征的存在，但不排除附加的元件或特征。冠詞“一個(gè)”、“一個(gè)”和“所述”意圖包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文明確地另有指示。
[0031]在后面的描述中使用的術(shù)語(yǔ)“襯底”或“半導(dǎo)體襯底”可以包括具有半導(dǎo)體表面的任何基于半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)要理解為包括硅、絕緣體上硅(SOI)、藍(lán)寶石上硅(S0S)、摻雜的和未摻雜的半導(dǎo)體、由基礎(chǔ)半導(dǎo)體基部支持的娃的外延層、和其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體不一定是基于硅的。半導(dǎo)體還可以是硅-鍺、鍺或砷化鎵。根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，通常，碳化娃(SiC)或氮化鎵(GaN)是半導(dǎo)體襯底材料的進(jìn)一步的示例。
[0032]下面以IGBT為例來(lái)詳細(xì)描述本實(shí)用新型。
[0033]圖1為依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的IGBT 100的示意截面圖，其中IGBT 100具有溝槽76中的通過(guò)隔離層75而與柵極電極70隔離的屏蔽電極77以及具有基于另一溝槽78的填充有與隔離層相同或不同的介電層的結(jié)終止結(jié)構(gòu)，如下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的。
[0034]如圖1所示，提供半導(dǎo)體基底層30，其可包括但不限于具有第一導(dǎo)電類型例如η型的硅。半導(dǎo)體基底層30可以例如是外延層或者襯底層。半導(dǎo)體基底層30可以具有第二導(dǎo)電類型例如P型的下半導(dǎo)體層20。下半導(dǎo)體層20也可以是襯底層或者可以植入在半導(dǎo)體基底層30中。本體區(qū)可以形成在基底層中或者在基底層上，如下面提及的。
[0035]在本示例中，P型下半導(dǎo)體層20為IGBT器件的集電極區(qū)并且n_型基底層30為IGBT器件的漂移區(qū)。在n_型漂移區(qū)30之上設(shè)置η型摻雜區(qū)40，進(jìn)而在η型摻雜區(qū)40上設(shè)置P型本體區(qū)50，并且在P型本體區(qū)50形成η+源區(qū)51以及與η+源區(qū)51相鄰的任選ρ+區(qū)52。如圖1所示，IGBT是垂直IGBT器件，其中集電極10沉積在器件的底面即集電極區(qū)20上，而源極金屬化90沉積在器件的頂面即η+源區(qū)51以及任選ρ+區(qū)52上。然而，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，源極金屬化90也可以嵌入到所述源極區(qū)中以形成溝槽接觸(圖中未示出)。例如，通過(guò)諸如光刻、蝕刻、氧化以及注入等半導(dǎo)體工藝來(lái)形成上述的各個(gè)區(qū)。
[0036]需要指出的是，η型摻雜區(qū)40的形狀，位置以及摻雜分布是否均勻可以根據(jù)應(yīng)用而改變。例如，η型摻雜區(qū)40可以為井狀并且包圍所述本體區(qū)。進(jìn)一步，例如，η型摻雜區(qū)40的摻雜濃度是不均勻的并且所述第一摻雜區(qū)的最高摻雜濃度區(qū)域位于本體區(qū)之下。
[0037]在本文中，在各個(gè)附圖中虛線Α1-Α2的右半部為結(jié)終止結(jié)構(gòu)區(qū)域(也稱為器件的邊緣終止區(qū)域)，而虛線Α1-Α2的左半部為單元區(qū)域(也稱為器件的有源區(qū)域)。
[0038]在單元區(qū)域(圖1中左半部)中還設(shè)置了從頂面延伸到漂移區(qū)中的溝槽76，并且溝槽之間的部分構(gòu)成臺(tái)面區(qū)。例如，所述溝槽76內(nèi)襯有諸如氧化物等的介電層74。介電層74 (也稱為溝槽絕緣結(jié)構(gòu))將屏蔽電極77與柵極電極70彼此絕緣并且將屏蔽電極77與η型摻雜區(qū)40和η_型漂移區(qū)30絕緣。屏蔽電極77與柵極70之間的隔離還通過(guò)絕緣或隔離層75 (參見(jiàn)下面)來(lái)提供，因此層74不需要延伸到溝槽的頂部。進(jìn)一步，隔離層75水平延伸、位于器件頂部上且將至少部分源區(qū)51、本體區(qū)50和η型摻雜區(qū)40與柵極電極70隔離。隔離層75例如可以是柵氧化物層。溝槽絕緣結(jié)構(gòu)74例如可以包括場(chǎng)氧化物。
[0039]在結(jié)終止結(jié)構(gòu)區(qū)域(圖1中右半部)中還設(shè)置了具有可以優(yōu)選地比溝槽76的深度Cl1和寬度W1都大的深度d2和寬度W2的溝槽78，其例如可以填充有具有與介電層74的材料相同或不同的材料的介電層，比如Si02?？蛇x地，溝槽78可以具有與溝槽76相同的寬度和深度或者可以具有更小的寬度和深度。通過(guò)將介電層比如S12引入到溝槽78中，結(jié)終止結(jié)構(gòu)區(qū)域中的電場(chǎng)強(qiáng)度能夠被降低并且所得到的擊穿電壓能夠被提高。此外，例如，在IGBT器件的表面上可以覆蓋鈍化層(比如S12或氮化硅)60以提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。
[0040]在一個(gè)實(shí)施例中，可選地，溝槽78如此窄，以致包含屏蔽電極77的更寬溝槽76中的介電層74或隔離層75的厚度足以完全填充充當(dāng)結(jié)終止結(jié)構(gòu)的溝槽78，由此不需要用于實(shí)現(xiàn)這個(gè)隔離層75的附加工藝步驟。
[0041]在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于在結(jié)終止區(qū)域中存在幾個(gè)溝槽的情況而言，還有可能的是，把一些溝槽或所有溝槽的距離選擇為很小，使得這些溝槽之間剩余的硅臺(tái)面結(jié)構(gòu)在氧化工藝期間被完成轉(zhuǎn)化為S12層，從而獲得橫向延伸的相對(duì)寬的隔離層。
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，源極金屬化90和集電極金屬化10可以由作為主要成分的鋁Al、銅Cu或招或銅的合金(例如AlS1、AlCu或AlSiCu)構(gòu)成或者包含作為主要成分的招Al、銅Cu或鋁或銅的合金(例如AlS1、AlCu或AlSiCu)。根據(jù)其它實(shí)施例，源極金屬化90和集電極金屬化10可以包含作為主要成分的鎳N1、鈦T1、銀Ag、金Au、鉬Pt和/或鈀Pd。例如，源極金屬化90和集電極金屬化10可以包括兩個(gè)或更多個(gè)子層，每個(gè)子層都包含了作為主要成分的N1、T1、Ag、Au、Pt、Pd和/或其合金中的一個(gè)或多個(gè)。
[0043]在一個(gè)實(shí)施例中，隔離層75可以包括一個(gè)或更多子層，例如粘合層、緩沖層和/或擴(kuò)散阻擋層。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，隔離層75包括熱生長(zhǎng)的氧化硅層。隔離層75可以進(jìn)一步包括擴(kuò)散阻擋層，例如氮化硅或氮氧化硅層。例如使用TEOS作為前體材料從沉積的氧化物提供的薄氧化硅或者例如非摻雜硅酸鹽玻璃的硅酸鹽玻璃可以形成粘合或緩沖層。隔離層75可以進(jìn)一步包括從BSG (硼硅鹽酸玻璃)、PSG (磷硅酸鹽玻璃)或BPSG (硼磷硅酸鹽玻璃)提供的主電介質(zhì)層。其他實(shí)施例可以提供更少或更多的子層。
[0044]圖2為依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的IGBT 200的示意截面圖，其中IGBT具有溝槽276中的通過(guò)隔離層275而與柵極電極270隔離的屏蔽電極277以及具有基于一個(gè)附加溝槽278的結(jié)終止結(jié)構(gòu)，該附加溝槽278中的電極279經(jīng)由金屬化接觸290連接到鄰近的P區(qū)250。為了簡(jiǎn)潔清楚起見(jiàn)，在此省略了對(duì)與圖1中對(duì)應(yīng)的部分的描述。
[0045]與圖1的IGBT 100相比，IGBT 200的結(jié)終止結(jié)構(gòu)區(qū)域中的溝槽278能夠填充有隔離層280比如S12并且另外填充有高導(dǎo)電層比如多晶硅或碳基材料或金屬279。這些高導(dǎo)電層能夠布置成浮置層或者它們能夠經(jīng)由金屬化接觸290而電耦合到源電極。這些高導(dǎo)電層充當(dāng)垂直場(chǎng)板，這導(dǎo)致這個(gè)區(qū)域中電場(chǎng)強(qiáng)度的減少以及擊穿電壓的增加。優(yōu)選地，這些溝槽278、隔離層280和高導(dǎo)電層279通過(guò)用于實(shí)現(xiàn)屏蔽電極277的相同工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中，高導(dǎo)電層279、柵極電極270與屏蔽電極277的材料可以包括高導(dǎo)電材料，例如摻雜半導(dǎo)體材料，例如摻雜多晶硅。隔離層275的材料可以是或者可以包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或者另一種絕緣氧化物或者氮化物。鈍化層260的材料可以是或者可以包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅和/或另一種絕緣氧化物或者氮化物。隔離層280的材料可以是或者可以包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅和/或另一種絕緣氧化物或者氮化物。金屬化接觸290可以是高摻雜的多晶硅、金屬或者金屬化合物(例如銅Cu、鋁Al、鎢W)或者高導(dǎo)電化合物的結(jié)構(gòu)。根據(jù)其它實(shí)施例，金屬化接觸290包括兩個(gè)或者更多的不同材料(例如金屬硅化物、金屬氮化物、擴(kuò)散勢(shì)壘材料和/或純金屬)層。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)終止結(jié)構(gòu)區(qū)域中的溝槽278能夠可選地完全或至少部分填充有充當(dāng)補(bǔ)償層的P型硅而不是高導(dǎo)電層279，這降低了結(jié)終止結(jié)構(gòu)區(qū)域中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度。任選地，可以包括隔離層280。
[0048]圖3為依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的IGBT 300的示意截面圖，其中IGBT 300具有溝槽376中的通過(guò)隔離層375而與柵極電極370隔離的屏蔽電極377以及具有基于多個(gè)附加溝槽378的結(jié)終止結(jié)構(gòu)，該多個(gè)附加溝槽378中的電極379連接到鄰近的P區(qū)。為了簡(jiǎn)潔清楚起見(jiàn)，在此省略了對(duì)與圖2中對(duì)應(yīng)的部分的描述。
[0049]與圖2的實(shí)施例的IGBT 200相比，不同在于所述附加溝槽378的數(shù)目為多個(gè)，例如在本示例中示出了兩個(gè)。這些溝槽378之間的距離能夠是恒定的或者能夠在徑向方向上變化。
[0050]在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)附加溝槽378中的最外溝槽能夠可選地電連接到器件的底面電極310 (在IGBT的情況下為集電極而在MOSFET的情況下為漏極)，從而充當(dāng)溝道阻止層，其防止空間電荷區(qū)穿透到受損嚴(yán)重的芯片邊緣。應(yīng)當(dāng)注意，底面電極310與η型硅379之間的連接未在圖3中示出。
[0051]在一個(gè)實(shí)施例中，用于制造在P發(fā)射極區(qū)350之下的η摻雜層340的工藝也用于制造靠近芯片邊緣的溝道阻止層379。于是，P發(fā)射極區(qū)350應(yīng)當(dāng)在該芯片邊緣前停止。
[0052]圖4為依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的IGBT 400的示意截面圖，其中IGBT具有溝槽476中的通過(guò)隔離層475而與柵極電極470隔離的屏蔽電極477以及具有包括附加吸收劑溝槽478的結(jié)終止結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)潔清楚起見(jiàn)，在此省略了對(duì)與圖1中對(duì)應(yīng)的部分的描述。
[0053]在圖4的實(shí)施例中，附加溝槽478中的一個(gè)或多個(gè)例如用于吸收在橫向方向上從芯片邊緣擴(kuò)散到芯片中心的離子比如鈉、銅或鐵，從而使得這些器件的可靠性提高。這樣的溝槽478能夠例如填充有S12。
[0054]此外，根據(jù)本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例的器件可以包括:進(jìn)一步的η型摻雜區(qū)(圖中未示出)，位于充當(dāng)漂移區(qū)的基底層30、230、330、430與充當(dāng)集電極區(qū)的下部半導(dǎo)體層20、220、320、420 之間。
[0055]雖然上文以IGBT的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型同樣也可應(yīng)用于其它類型的功率器件諸如M0SFET，不同之處在于所述單元區(qū)域包括至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)而非IGBT結(jié)構(gòu)。在MOSFET的示例中，不存在P型襯底20，所述MOSFET結(jié)構(gòu)包括:與所述器件的第二表面鄰接的具有第一導(dǎo)電類型的漏極區(qū)30 ;位于所述漏極區(qū)30上的具有第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)40 ;與所述器件的第一表面鄰接的具有第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)51 ;以及形成在所述源極區(qū)51與所述漂移區(qū)30之間的具有與所述第一導(dǎo)電類型互補(bǔ)的第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)50 ;其中所述第一溝槽和所述第二溝槽延伸到漂移區(qū)30中且所述頂部電極90與源極區(qū)接51觸，并且所述柵極70位于器件的頂部上且還與源極區(qū)51、本體區(qū)50和漂移區(qū)40隔離。
[0056]此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以想到本實(shí)用新型的結(jié)終止結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于含有平面柵或垂直柵的MOSFET或IGBT功率器件中。
[0057]盡管參照各個(gè)附圖，各個(gè)區(qū)域的典型形狀是條狀的，但也可以是包圍的設(shè)計(jì)，或者是正方形、矩形、環(huán)形或其組合。
[0058]要理解，在這里描述的各種實(shí)施例的特征可以被相互組合，除非具體地另有指出。
[0059]雖然已經(jīng)在這里示意并且描述了具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)理解，在不偏離本實(shí)用新型的范圍的情況下，各種可替代的和/或等價(jià)的實(shí)現(xiàn)可以代替所示出和描述的具體實(shí)施例。該申請(qǐng)旨在覆蓋在這里討論的具體實(shí)施例的任何修改或者變化。因此，本實(shí)用新型旨在僅由權(quán)利要求及其等價(jià)物限制。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件(100)，其特征在于所述器件包括有源區(qū)，所述有源區(qū)具有: 第一導(dǎo)電類型的基底層(230)，具有第二導(dǎo)電類型的下部半導(dǎo)體層(220)； 第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)(250)，與所述基底層接觸； 第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)(251)，位于所述本體區(qū)(250)中； 第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)(240)，至少部分位于本體區(qū)之下，所述第一摻雜區(qū)的摻雜濃度高于基底層(230)的摻雜濃度； 發(fā)射極電極(290)，連接到所述源極區(qū)(251)； 從基底層的頂部向下延伸的溝槽(276)，含有屏蔽電極(277)，所述屏蔽電極(277)連接到所述發(fā)射極電極(290)，其中所述溝槽(276)延伸到基底層中的深度比第一摻雜區(qū)(240)深；以及 柵極(270)，至少部分形成在至少一部分源極區(qū)和本體區(qū)上方并且與所述屏蔽電極電絕緣；并且 其中所述半導(dǎo)體器件還包括結(jié)終止區(qū)域，所述結(jié)終止區(qū)域包括從所述器件(100)的表面向內(nèi)延伸的至少一個(gè)第二溝槽(78)，所述第二溝槽(78)至少部分內(nèi)襯有介電層(280)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二溝槽(78)的深度和寬度均比所述第一溝槽(76)的深度和寬度大。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二溝槽中的一個(gè)(278)還包括由所述介電層(280)環(huán)繞的高導(dǎo)電區(qū)(279)，所述高導(dǎo)電區(qū)是電浮置的或者與所述頂部電極(290)連接。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二溝槽中的所述一個(gè)(278)、所述介電層(280)和所述高導(dǎo)電區(qū)(279)的構(gòu)造實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)于所述第一溝槽(76)、所述第一隔離層(74)和所述屏蔽電極(77)。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二溝槽中的至少一個(gè)(378)還包括由介電層(380)環(huán)繞的補(bǔ)償層(379)，所述補(bǔ)償層電連接至在該補(bǔ)償層所位于的溝槽與在朝器件的有源區(qū)域方向上的相鄰溝槽之間的臺(tái)面。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二溝槽(78)中的一個(gè)還包括由所述介電層(280)環(huán)繞的溝道阻止層，所述溝道阻止層電連接至器件的底部電極(210)。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二溝槽(78)中的至少一個(gè)完全填充有所述介電層(280 )。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，至少一個(gè)第二溝槽(78)包括多個(gè)第二溝槽，其中所述多個(gè)第二溝槽之間的距離能夠是恒定的或者變化的，所述多個(gè)第二溝槽限定兩個(gè)接連溝槽之間的至少一個(gè)臺(tái)面區(qū)。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一摻雜區(qū)是在所述基底層(230)的至少一部分上方。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一摻雜區(qū)的摻雜濃度是不均勻的并且所述第一摻雜區(qū)的最高摻雜濃度區(qū)域是在本體區(qū)下面。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于還包括:具有第二導(dǎo)電類型的第二摻雜區(qū)(52)，位于本體區(qū)的頂部上并且在橫向上與源極區(qū)(51)相鄰或不相鄰，并且連接到發(fā)射極電極。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述發(fā)射極電極(290)嵌入到所述源極區(qū)中以形成溝槽接觸(490 )。
13.如權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件為垂直型功率器件并且包括位于基底層下面且與下部半導(dǎo)體層(220)接觸的集電極(210)。
14.如權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件還包括具有第一導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)，位于充當(dāng)漂移區(qū)的基底層與充當(dāng)集電極區(qū)的下部半導(dǎo)體層之間。
【文檔編號(hào)】H01L29/739GK204011430SQ201420301628
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】H-J.舒爾策, F.普菲爾施, H.許斯肯 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司