絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法
絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。IGBT包括在兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)之間從半導(dǎo)體部分的第一表面延伸至該半導(dǎo)體部分的層部分的臺面部分。電連接至發(fā)射極電極的源區(qū)形成于該臺面部分中。通過互補導(dǎo)電類型的體區(qū)與該源區(qū)分開的摻雜區(qū)，包括具有第一平均凈雜質(zhì)濃度的第一部分以及具有第二平均凈雜質(zhì)濃度的第二部分，該第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少10倍的第一平均凈雜質(zhì)濃度。在臺面部分中，第一部分從體區(qū)延伸至層部分。摻雜區(qū)的第二部分虛擬地縮小了該IGBT在正常導(dǎo)通狀態(tài)下的臺面部分。
【專利說明】絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種具有單元溝槽結(jié)構(gòu)之間的臺面部分的絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于垂直IGFET (絕緣柵場效應(yīng)晶體管，insulated gate field effecttransistor)單兀的 IGBT(絕緣柵雙極型晶體管，insulated gate bipolar transistor)包括具有埋置電極的單元溝槽結(jié)構(gòu)以及該單元溝槽結(jié)構(gòu)之間的半導(dǎo)體部分的臺面部分。相鄰的臺面部分之間的低的中心到中心的距離(節(jié)距，pitch)增加了 IGFET單元的總移動載流子(charge carrier)供應(yīng)能力，并且有利于IGBT的低的導(dǎo)通狀態(tài)電阻。亟需提供具有增強型器件特性的IGBT。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]一個實施例涉及絕緣柵雙極型晶體管，該絕緣柵雙極型晶體管包括在兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)之間從半導(dǎo)體部分的第一表面延伸至該半導(dǎo)體部分的層部分的臺面部分。電連接至發(fā)射極電極的源區(qū)形成于該臺面部分中。通過互補導(dǎo)電類型的體區(qū)與該源區(qū)分開的摻雜區(qū)包括具有第一平均凈雜質(zhì)濃度的第一部分以及具有第二平均凈雜質(zhì)濃度的第二部分，該第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少10倍的第一平均凈雜質(zhì)濃度。在臺面部分中，第一部分從體區(qū)延伸至層部分。
[0004]另一個實施例涉及制造絕緣柵雙極型晶體管的方法。在半導(dǎo)體部分中，提供從半導(dǎo)體部分的第一表面延伸至層部分的溝槽。向溝槽之間的臺面部分中引入第一雜質(zhì)，以在臺面部分中形成摻雜區(qū)的第一部分和第二部分，其中體區(qū)將摻雜區(qū)與電連接至發(fā)射極電極的源區(qū)分開。摻雜區(qū)的第二部分具有第二平均凈雜質(zhì)濃度，該第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少10倍的摻雜區(qū)的第一部分中的第一平均凈雜質(zhì)濃度。第一部分分別地從體區(qū)延伸至層部分。
[0005]通過閱讀下面的【具體實施方式】和參看附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能認(rèn)識到其他的特征和優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]附圖被包括以提供對本公開的進一步理解，而且附圖被包括在本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分?！緦＠綀D】
【附圖說明】了本公開的實施例，并且和【具體實施方式】一起用于解釋本公開的原理。通過參考下面的【具體實施方式】，能更好地理解并將容易領(lǐng)會其他的實施例和預(yù)期優(yōu)點。
[0007]圖1A是根據(jù)實施例的IGBT的一部分的剖視圖，該實施例在臺面部分相對的橫向側(cè)面面上提供源區(qū)和摻雜區(qū)的重?fù)诫s的第二部分。
[0008]圖1B是依照實施例的沿著η溝道IGBT的臺面部分的橫向截面平面的雜質(zhì)濃度分布的示意圖，該實施例通過經(jīng)過臺面部分的側(cè)壁引進η型雜質(zhì)提供第二部分。
[0009]圖1C是依照實施例的沿著η溝道IGBT的臺面部分的橫向截面平面的雜質(zhì)濃度分布的示意圖，該實施例通過經(jīng)過臺面部分的側(cè)壁引進P型雜質(zhì)提供第一部分。
[0010]圖1D是依照實施例的沿著η溝道IGBT的臺面部分的橫向截面平面的雜質(zhì)濃度分布的示意圖，該實施例通過經(jīng)過臺面部分的側(cè)壁引進η型雜質(zhì)提供第二部分的分開的子部分。
[0011]圖1E是根據(jù)實施例的IGBT的一部分的示意性剖視圖，該實施例在具有柵電極的單元溝槽結(jié)構(gòu)之間提供臺面部分。
[0012]圖1F是根據(jù)實施例的IGBT的一部分的示意性剖視圖，該實施例與RC-1GBT有關(guān)。
[0013]圖1G是根據(jù)實施例的IGBT的一部分的示意性剖視圖，該實施例為每個柵電極提供四個場電極(field electrode)。
[0014]圖2A是根據(jù)實施例的IGBT的一部分的剖視圖，該實施例提供柵電極和場電極。
[0015]圖2B是根據(jù)一個比較性示例的IGBT的剖視圖，該示例是用于說明實施例的效果。
[0016]圖3A是示出了圖2A的IGBT在正常導(dǎo)通狀態(tài)下，在圖2A的橫截面平面中的空穴電流密度的示意圖。
[0017]圖3B是示出了圖2B的IGBT在正常導(dǎo)通狀態(tài)下，在圖2B的橫截面平面中的空穴電流密度的示意圖。
[0018]圖4A是示出了圖2A的IGBT在關(guān)斷期間，在圖2A的橫截面平面中的空穴電流密度的示意圖。
[0019]圖4B是示出了圖2B的IGBT在關(guān)斷期間，在圖2B的橫截面平面中的空穴電流密度的示意圖。
[0020]圖5是說明了根據(jù)實施例的IGBT和根據(jù)比較性示例的IGBT的擊穿特性的示意圖。
[0021]圖6A是半導(dǎo)體襯底的一部分的示意性剖視圖，用于說明在傾斜(titled)注入期間，制造具有摻雜區(qū)中的單側(cè)重?fù)诫s的第二部分的IGBT的方法。
[0022]圖6B是在根據(jù)實施例提供了接觸凹槽后，圖6A的半導(dǎo)體襯底部分的示意性剖視圖，該實施例在具有柵電極的單元溝槽結(jié)構(gòu)之間提供具有場電極的單元溝槽結(jié)構(gòu)。
[0023]圖6C是不具有場電極并且根據(jù)圖6A的方法制造的IGBT的一部分的示意性剖視圖。
[0024]圖7A是半導(dǎo)體襯底的一部分的示意性剖視圖，用于說明在第一傾斜注入期間，制造具有對稱的源區(qū)的IGBT的方法。
[0025]圖7B是在第二傾斜注入期間，圖7A的半導(dǎo)體襯底部分的示意性剖視圖。
[0026]圖7C是根據(jù)圖7B的方法制造的IGBT的一部分的示意性剖視圖。
[0027]圖8A是半導(dǎo)體襯底的一部分的示意性剖視圖，用于說明在提供臨時溝槽之后，制造包括摻雜區(qū)的重?fù)诫s的第二部分的分開的子部分的IGBT的方法。
[0028]圖8B是在注入期間圖8A的半導(dǎo)體襯底部分的示意性剖視圖。
[0029]圖SC是在擴散過程之后圖SB的半導(dǎo)體襯底部分的示意性剖視圖，該擴散過程從注入物中提供摻雜區(qū)的重?fù)诫s的第二部分的子部分。
[0030]圖8D是在凹進臨時溝槽之后，圖8C的半導(dǎo)體襯底部分的示意性剖視圖。
【具體實施方式】
[0031]在下面的【具體實施方式】中參考了附圖，附圖構(gòu)成本文的一部分并且通過說明的方式示出了本公開能夠被實施的特定實施例。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，不脫離本發(fā)明的范圍，其他的實施例能夠被利用并且能夠被做出結(jié)構(gòu)上或者邏輯上的改變。例如，用于說明或者描述一個實施例的特征能被用在其他實施例上或者與其他實施例結(jié)合，以產(chǎn)出又一個實施例。本公開旨在包括這些修改和變形。使用特定語言描述的示例不應(yīng)當(dāng)被理解為對所附權(quán)利要求的限制。附圖不一定按比例，并且僅以說明為目的。為清楚起見，如果沒有另外陳述，在不同附圖中相同的元件通過對應(yīng)的附圖標(biāo)記標(biāo)明。
[0032]術(shù)語“具有(having)”、“包括(containing、including、comprising) ”等等是開放性術(shù)語，并且該術(shù)語表明所陳述的結(jié)構(gòu)、元件或者特征的存在，但并不排除其他的元件或者特征的存在。冠詞“一(a、an)”和“該(the) ”旨在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非文中另有明確指明。
[0033]術(shù)語“電連接(electrically connected) ”描述電連接的元件之間的永久低電阻連接，例如連接元件之間的直接接觸或者經(jīng)由金屬和/或高摻雜半導(dǎo)體的低電阻連接。術(shù)語“電I禹接(electrically coupled) ”表明可在電f禹接的元件之間存在一個或者多個適用于信號傳輸?shù)慕槿朐?，例如臨時地提供在第一狀態(tài)時的低電阻連接以及在第二狀態(tài)時的高電阻電去耦的元件。
[0034]附圖舉例說明了緊挨著摻雜類型“η”或“p”的用或“ + ”表明的相對摻雜濃度。例如，“η_”意為摻雜濃度低于“η”摻雜區(qū)域的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)域比“η”摻雜區(qū)域具有更高的摻雜濃度。具有相同的相對摻雜濃度的摻雜區(qū)域不一定具有相同的絕對摻雜濃度。例如，兩個不同的“η”摻雜區(qū)域可具有相同或者不同的絕對摻雜濃度。
[0035]圖1A涉及IGBT 500，舉例說明，IGBT 500可以是PT_IGBT(穿通型IGBT，punch-through IGBT) >NPT-1GBT (非穿通型 IGBT, non-punch-through IGBT) >RB-1GBT (反向阻斷型 IGBT, reverse blocking IGBT)或者 RC-1GBT (反向?qū)ㄐ?IGBT, reverseconducting IGBT)。IGBT 500基于由單晶半導(dǎo)體材料提供的半導(dǎo)體部分100，單晶半導(dǎo)體材料例如是硅S1、碳化硅SiC、鍺Ge、硅鍺晶體SiGe、氮化鎵GaN或者砷化鎵GaAs。舉例說明，下文中給定的大小和濃度指硅IGBT。
[0036]半導(dǎo)體部分100的第一表面101和第二表面102相互平行。第一表面和第二表面
101、102之間的最小距離被選擇，以使在半導(dǎo)體部分100的層部分108中形成的漂移層120達到指定的電壓阻斷能力。例如，第一表面和第二表面101、102之間的距離可以為90μπι至110 μ m，對應(yīng)著被指定為至少1200V的阻斷電壓的IGBT。涉及PT-1GBT或者具有高阻斷能力的IGBT的其他的實施例可提供具有厚度為幾百微米(ym)的半導(dǎo)體部分100。
[0037]半導(dǎo)體部分100可具有邊沿長度在幾毫米范圍內(nèi)的矩形。第一表面和第二表面
101、102的法線定義了垂直方向，并且正交于該法線方向的方向是橫向方向。
[0038]單元溝槽結(jié)構(gòu)510從第一表面101延伸至半導(dǎo)體部分100中直至層部分108。在單元溝槽結(jié)構(gòu)510之間，臺面部分105從第一表面101延伸至層部分108。臺面部分105可具有垂直的側(cè)壁或者稍微傾向第一表面101的側(cè)壁，其中單元溝槽結(jié)構(gòu)510隨著距第一表面101的距離的增加而形成錐形。單元溝槽結(jié)構(gòu)510的垂直延伸L可在Ιμπι至20μπι的范圍內(nèi)。例如，不是條形形狀的單元溝槽結(jié)構(gòu)510 (例如，具有近似多邊形的橫截面區(qū)域(比如矩形和正方形)的單元溝槽結(jié)構(gòu)510)的垂直延伸L，可在5 μ m至15 μ m的范圍內(nèi)。例如，條形形狀的單元溝槽結(jié)構(gòu)510的垂直延伸L可在2μπι至7μπι的范圍內(nèi)。橫向?qū)挾萕可以小于2 μ m,例如小于1.2 μ m或者600nm和更小。
[0039]單元溝槽結(jié)構(gòu)510包括埋置電極515以及絕緣層516，該絕緣層516分隔埋置電極515與在單元溝槽結(jié)構(gòu)510之外的半導(dǎo)體材料并且是有效的柵絕緣層。舉例說明，絕緣層516的厚度可具有在50nm至150nm范圍內(nèi)的統(tǒng)一厚度，例如在80nm和120nm之間。單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的至少一個的埋置電極515提供電連接至或電耦接至IGBT500的柵端G的柵電極Ga。其他的單元溝槽結(jié)構(gòu)510的埋置電極515可電連接或者電耦接至柵端G或者發(fā)射極端E或者另外的端。根據(jù)另一個實施例，全部的埋置電極515電連接或者電耦接至柵端G。
[0040]單元溝槽結(jié)構(gòu)510可以是在規(guī)律方式下以規(guī)律的節(jié)距布置的平行條狀。根據(jù)其他實施例，單元溝槽結(jié)構(gòu)510的橫向截面區(qū)域可以是圓、橢圓、卵形或者具有或沒有圓角的多邊形(比如六邊形或者矩形(例如正方形))或環(huán)形。例如，第一和第二單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的兩個或者三個可形成具有兩個或者三個同心環(huán)的布置，其中該環(huán)可以是圓、橢圓、卵形或者具有或者沒有圓角的矩形(例如正方形)。
[0041]鄰接包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510的臺面部分105中的至少一個包括IGFET單元，該IGFET單元具有第一導(dǎo)電類型的源區(qū)110、第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)170以及分開源區(qū)110與摻雜區(qū)170的第二、互補導(dǎo)電類型的體區(qū)115。源區(qū)110可電連接至發(fā)射極電極310并且可直接鄰接第一表面101。源區(qū)和體區(qū)110、115形成第一 pn結(jié)，該第一 pn結(jié)可大約平行于第一表面101延伸。體區(qū)和摻雜區(qū)115、170形成第二 pn結(jié)，該第二 pn結(jié)在各臺面部分105的整個橫向截面區(qū)域之上延伸。
[0042]半導(dǎo)體部分100的層部分108包括漂移層120和直接鄰接第二表面102的集電極層130。集電極層130可以是第二導(dǎo)電類型的連續(xù)的層。根據(jù)其他實施例，例如與RC-1GBT有關(guān)的實施例，集電極層130可包括第一導(dǎo)電類型的第一部分和第二導(dǎo)電類型的第二部分，其中第一部分和第二部分沿著一個橫向方向或在兩個橫向方向上交替。集電極層130中的平均凈雜質(zhì)濃度可以是至少lxl016cm_3,例如至少5xl017cm_3。
[0043]絕緣包覆層220 (capping layer)可將單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的一些和臺面部分105中的一些與發(fā)射極電極310介電絕緣,該發(fā)射極電極310位于由第一表面101定義的半導(dǎo)體部分的側(cè)面處。接觸結(jié)構(gòu)315延伸穿過絕緣包覆層220的開口并且電連接發(fā)射極電極310與源區(qū)110和鄰接源區(qū)110的體區(qū)115。體區(qū)115可包括沿著具有接觸結(jié)構(gòu)315的界面的第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s接觸區(qū)，以減少接觸電阻。
[0044]舉例說明，發(fā)射極電極310電連接至發(fā)射極端E，并且可包括至少一個阻擋層311，該阻擋層311具有5nm至10nm范圍內(nèi)的統(tǒng)一厚度并且包括氮化鈦TiN層、氮化鉭TaN層、鈦Ti層或鉭Ta層。發(fā)射極電極310的主層319可由下列材料組成或包含這些材料:鎢或者基于鎢的金屬、重?fù)诫s的多晶硅、碳C、鋁Al、銅Cu或鋁和銅的合金(比如AlCu或者AlSiCu)。
[0045]集電極電極320直接鄰接第二表面102。集電極電極320電連接至集電極層130并且可由招Al、銅Cu或者招或銅的合金(比如AlS1、AlCu或者AlSiCu)作為主成分而構(gòu)成，或包含招Al、銅Cu或者招或銅的合金(比如AlS1、AlCu或者AlSiCu)作為主成分。根據(jù)其他的實施例，集電極電極320可包括一個、兩個、三個或者多個子層，其中每個子層包括鎳N1、鈦T1、銀Ag、金Au、鎢W、鉬Pt和/或鈀Pd中的至少一種作為主成分。例如，子層可包括金屬硅化物、金屬氮化物、或包括附、11、48、411、1、？丨和/或？(1的金屬合金。集電極電極320電連接至或者電耦接至IGBT 500的集電極端C。
[0046]摻雜區(qū)170包括具有第一平均凈雜質(zhì)濃度的第一部分171和具有第二平均凈雜質(zhì)濃度的第二部分172，該第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少10倍(例如，至少100倍)的第一平均凈雜質(zhì)濃度。第一部分171從體區(qū)115延伸至層部分108中的漂移層120。第一部分171形成體區(qū)115和漂移層120之間的大約相同雜質(zhì)濃度的連續(xù)路徑。
[0047]第二部分172可以是直接鄰接毗連的單元溝槽結(jié)構(gòu)510其中的一個的單部分結(jié)構(gòu)(one-part structure),或者可以是被第一部分171空間地分開的具有兩個或者多個子部分的多部分結(jié)構(gòu)(mult1-part structure)。第二平均凈雜質(zhì)濃度可以是至少1000倍的第一平均凈雜質(zhì)濃度。例如，第一部分171和漂移層120中的平均凈雜質(zhì)濃度可以在lxl012cnT3和5xl014m_3之間(例如，在5xl012cm_3和lxl014m_3之間)，并且第二平均凈雜質(zhì)濃度可以是至少lxl016cnT3。在每個部分171、172中，凈雜質(zhì)濃度可以是恒定的、嚴(yán)格遞減或者嚴(yán)格遞增的。橫向雜質(zhì)濃度分布中的拐點(point of inflect1n)可把第一部分和第二部分171、172彼此分開。
[0048]根據(jù)實施例，摻雜區(qū)170的第二部分172包括例如，具有電離能大于10meV的深施主(deep donor)或者深雙施主(deep double donors)(例如，硫S或者硒Se)。具有S、Se雜質(zhì),第二部分172的電效率(electric efficiency)隨著溫度的增加而增加,提供了用于微調(diào)IGBT500的溫度性能的更大自由度。
[0049]將第二部分172與包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510分開的第一部分171的橫向?qū)挾葁2可以至多是總臺面寬度wl的一半。例如，對于直接鄰接具有柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510并且具有600nm的臺面寬度wl的有源臺面部分105，第一部分171可具有約230nm的第二寬度w2。
[0050]臺面部分105的平行于第一表面101的橫向雜質(zhì)密度分布具有至少一個最小值以及至少一個最大值，該最大值超過該最小值乘因子100倍或更大。
[0051]如圖1B所示的摻雜區(qū)170的橫向雜質(zhì)密度分布可起因于向臺面部分105中局部地引入第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，臺面部分105具有對應(yīng)于第一部分171的雜質(zhì)濃度的同質(zhì)背景雜質(zhì)濃度。第二部分172通過對被引進雜質(zhì)有效的擴散過程形成。在第一部分171中，平均凈雜質(zhì)濃度沿著橫向方向是恒定的，并且在第二部分172中，雜質(zhì)濃度從與相鄰單元溝槽結(jié)構(gòu)510的界面處的最大值降低至由背景雜質(zhì)濃度給定的值。
[0052]圖1C的橫向雜質(zhì)分布起因于通過引入第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，逆向摻雜具有第一導(dǎo)電類型的高背景雜質(zhì)濃度的臺面部分。第一部分171通過應(yīng)用于被引進的第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的擴散過程形成，并且第二部分172由保持不受引入的雜質(zhì)影響的臺面部分105的一部分形成。
[0053]圖1D的橫向雜質(zhì)分布起因于從臺面部分105的兩側(cè)引進第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，以形成包括被第一部分171空間地分開的第一子部分和第二子部分172a、172b的第二部分172，第一部分171具有由背景雜質(zhì)濃度給定的統(tǒng)一雜質(zhì)濃度。
[0054]在IGBT 500的正常導(dǎo)通狀態(tài)運行期間，重?fù)诫s的第二部分172使臺面部分105虛擬地(virtually)縮小。被虛擬縮小的臺面部分105的影響將以圖1A的η溝道的IGBT 500為基礎(chǔ)進行討論，該IGBT具有源區(qū)和摻雜區(qū)110、170的第一導(dǎo)電類型是η型以及體區(qū)115的第二導(dǎo)電類型是P型。等效的考慮適用于第一導(dǎo)電類型是P型以及第二導(dǎo)電類型是η型的P溝道的IGBT。
[0055]在IGBT 500的正常導(dǎo)通狀態(tài)運行期間，在漂移層120中的載流子等離子包括空穴(hole)和電子，其中載流子等離子越密集，漂移層越導(dǎo)電并且在正常導(dǎo)通狀態(tài)下的靜態(tài)損耗越低。在重?fù)诫s的第二部分172中的雜質(zhì)原子的高濃度靜止正離子(stat1narypositive 1n)阻擋空穴通過第二部分172和體區(qū)115被從漂移層120中排出。漂移層120中的載流子等離子仍然比沒有第二部分172的更密集，并且其結(jié)果是漂移層120更導(dǎo)電。在正常導(dǎo)通狀態(tài)中發(fā)生的靜態(tài)歐姆損耗被降低。
[0056]除了通過擴寬單元溝槽結(jié)構(gòu)510的底部以于穩(wěn)定載流子等離子的途徑之外，為了達到如提及的靜態(tài)損耗相同程度的改進，臺面部分105的橫向臺面寬度wl能保持相對地在整個垂直延伸L之上的寬度。依賴于縮小臺面部分105的寬度的常規(guī)途徑通常地包括導(dǎo)致在晶元直徑之上和在晶片批次的晶片之間的設(shè)計的低重復(fù)性的危險過程。例如，薄而高的臺面部分105受制于在臺面部分105之間的空間被填充埋置電極515的材料之前，可讓一些臺面部分105崩潰的過程。
[0057]具有重?fù)诫s部分172的臺面部分105的虛擬縮小實現(xiàn)了沒有該危險過程的類似效果O
[0058]根據(jù)實施例，分別地，源區(qū)110在各臺面部分105的第一橫向側(cè)面處直接鄰接兩個相鄰單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的第一個，并且體區(qū)115在臺面部分105的第二橫向側(cè)面處將源區(qū)110與該單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的第二個分開，從而保持流經(jīng)IGBT 500的最大短路電流足夠小。
[0059]第二部分172的電效率越高，體區(qū)115和第二部分172之間的距離Λ I越小。距離Λ I可以是臺面部分105的垂直延伸L的至多一半。根據(jù)實施例，該實施例中源區(qū)110在臺面部分105的第一橫向側(cè)面處直接鄰接第一相鄰單元溝槽結(jié)構(gòu)510并且與第二單元溝槽結(jié)構(gòu)510分開，第一部分171將第二部分172與第一單元溝槽結(jié)構(gòu)510分開并且第二部分172可直接鄰接體區(qū)115。在這種情況下，用于形成第二部分172的過程并不影響沿著第一橫向側(cè)面的在體區(qū)115和摻雜區(qū)170的第一部分171之間的pn結(jié)處的雜質(zhì)濃度，在該第一橫向側(cè)面處，IGBT500在正常導(dǎo)通狀態(tài)下沿著包括柵電極Ga的第一單元溝槽結(jié)構(gòu)510形成導(dǎo)電的反相溝道，并且在該第一橫向側(cè)面處的雜質(zhì)濃度確定了 IGFET單元的局部閾值電壓。
[0060]第二部分172的垂直延伸Λ 2可以是臺面部分105的垂直延伸L的至多一半。具有小的垂直延伸Λ2，第二部分172作為場截止(field stop)效果較差，從而小的垂直延伸Λ 2避免了 IGBT 500阻斷能力的退化。
[0061]圖1A涉及單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的一些的埋置電極515形成場電極F的實施例，場電極F可電連接至發(fā)射極電極310和發(fā)射極端Ε。在具有場電極F的單元溝槽結(jié)構(gòu)510之間的輔助臺面部分105 (ancillary mesa sect1n)可包括次級摻雜部分和將次級摻雜區(qū)與第一表面101分開的次級體區(qū)115b。次級摻雜區(qū)可包括對應(yīng)于第一部分和第二部分171、172的弱摻雜部分和重?fù)诫s部分。包覆絕緣層220可以介電絕緣或者可以不介電絕緣發(fā)射極電極310與場電極F。
[0062]圖1E涉及不具有場電極F的實施例。源區(qū)110可在臺面部分105的第一橫向側(cè)面處和可沿著與第一橫向側(cè)面相對的第二橫向側(cè)面的第二部分172處分別形成。
[0063]半導(dǎo)體部分100可進一步包括在集電極層130和漂移層120之間的場截止層或者緩沖層128。截止層/緩沖層128中的平均凈雜質(zhì)濃度可以在5xl015cm_3和lxl018m_3之間(例如,在lxl015cm_3至5xl016m_3范圍之內(nèi))，并且可超過至少五倍的漂移層120中的平均凈雜質(zhì)濃度。
[0064]根據(jù)實施例，截止層/緩沖層128可具有在垂直方向上的不同質(zhì)摻雜，展示為一個或者多個局部極大值和/或者一個或者多個局部極小值。在局部極大值處，峰值摻雜可超過截止層/緩沖層128中的平均凈雜質(zhì)濃度高達100的因子，同時局部極小值可展示低至漂移層120中的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。
[0065]圖1F涉及具有集電極層130的RC-1GBT，集電極層130包括第二導(dǎo)電類型的第一部分131和第一導(dǎo)電類型的第二部分132。第一部分和第二部分131、132沿著一個橫向方向或沿兩個橫向方向上交替。附加接觸結(jié)構(gòu)315電連接發(fā)射極電極310與次級體區(qū)115b的一些或者全部。次級體區(qū)115b形成集成續(xù)流二極管(free-wheeling d1de)的陽極區(qū)域并且集電極層130的第二部分132形成該集成續(xù)流二極管的陰極區(qū)域，該續(xù)流二極管在發(fā)射極電極310和集電極電極320之間有效。
[0066]圖1G的IGBT 500包括在一對柵電極Ga之間的四個場電極F。發(fā)射極電極310電連接至該場電極F以及源區(qū)和體區(qū)110、115，源區(qū)和體區(qū)110、115在每個柵電極Ga的兩個側(cè)面上的有源臺面部分105中。
[0067]圖2A示出了包括單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的柵電極和場電極Ga、F的IGBT 500的示意性剖視圖。體區(qū)115和層部分108之間的臺面部分105的摻雜區(qū)170包括與包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510分開的重?fù)诫s的第二部分172，以及直接鄰接包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510的源區(qū)110。臺面部分105的橫向臺面寬度wl為約600nm，并且將第二部分172與包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510分開的第一部分171的橫向?qū)挾葁2為約230nm。
[0068]圖2B示出了在臺面部分105中不具有第二部分172的常規(guī)IGBT500x的等價剖視圖，該臺面部分105具有如圖2A的IGBT 500相同的橫向臺面寬度wl。
[0069]圖3A示出了圖2A的IGBT 500在正常導(dǎo)通狀態(tài)期間，臺面部分105中的空穴電流密度。沒有空穴穿過第二部分172。在正常導(dǎo)通狀態(tài)下，第二部分172有效的減少了穿過體區(qū)115被從漂移層120排出至接觸結(jié)構(gòu)315的空穴的總量。與圖3B所示的參考IGBT 500x在正常導(dǎo)通狀態(tài)下的空穴電流相比，重?fù)诫s的第二部分172有效地減少了穿過體區(qū)115被從漂移層120排出至發(fā)射極電極320的空穴的總量。
[0070]圖4A和圖4B示出了圖2A和圖2B的IGBT 500、500x在集電極-發(fā)射極電壓Vce為20V的關(guān)斷期間的空穴電流密度。關(guān)斷期間的快速載流子移除(removal)減少了動態(tài)的開關(guān)損耗。至少對于Vee大于20V，在關(guān)斷期間第二部分172并不阻斷從漂移層120移除載流子。至少從Vra的閾值電平開始，在關(guān)斷期間，第二部分172沒有不利地影響或者僅低程度的不利地影響空穴電流密度，并因此影響動態(tài)開關(guān)損耗。
[0071]換言之，在正常導(dǎo)通狀態(tài)下具有臺面寬度wl為600nm的被虛擬縮小的臺面部分105的IGBT 500，表現(xiàn)為像具有臺面寬度wl為300nm的臺面部分的常規(guī)IGBT，但是在關(guān)斷期間，圖2A的IGBT示出了相當(dāng)具有臺面寬度wl為600nm的圖2B的常規(guī)IGBT 500x的表現(xiàn)。
[0072]圖5示出了用于說明包括被虛擬縮小的臺面部分的IGBT 500y的擊穿特性11，以及具有未被虛擬縮小的臺面部分的常規(guī)參考器件的擊穿特性12。當(dāng)泄露電流按至多2的因子小幅增加時，擊穿電壓大約相同。被虛擬縮小的臺面部分提升了導(dǎo)通狀態(tài)的特性，而沒有不利地影響擊穿性能。
[0073]圖6A至圖6C涉及基于半導(dǎo)體襯底500a制造具有被虛擬地縮小的臺面部分的IGBT的方法，該半導(dǎo)體襯底500a由單晶半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體層10a組成或者包括單晶半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體層10a。單晶半導(dǎo)體材料可包括硅S1、碳化硅SiC、鍺Ge、硅鍺晶體SiGe、氮化鎵GaN或者砷化鎵GaAs。例如，半導(dǎo)體襯底500a可以是硅晶圓，能制得多個完全相同的半導(dǎo)體裸片。半導(dǎo)體層10a具有平坦的第一表面101以及與第一表面101平行的第二表面102。
[0074]溝槽510a被蝕刻從第一表面101進入半導(dǎo)體層10a中直至層部分108。溝槽510a可具有垂直側(cè)壁或者是稍微傾向第一表面101的側(cè)壁，其中溝槽510a隨著距第一表面101的距離的增加錐形化。溝槽510a的垂直延伸L可在2μπι至7μπι的范圍內(nèi)。溝槽510a的橫向?qū)挾萕可小于2 μ m,例如，小于1.2 μ m。溝槽510a之間的臺面部分105的橫向臺面寬度wl可小于I μ m,例如，至多為600nm。
[0075]溝槽510a可以是在規(guī)律方式下以相同節(jié)距布置的平行條狀。根據(jù)其他實施例，溝槽510a的橫向截面區(qū)域可以是圓、橢圓、卵形或者具有或沒有圓角的多邊形(比如六邊形或者矩形(例如正方形))或環(huán)形。例如，溝槽510a中的兩個或者三個可形成具有兩個或者三個同心環(huán)的布置，其中該環(huán)可以是圓、橢圓、卵形或者具有或者沒有圓角的矩形(例如正方形)。溝槽510a可以具有相同的深度。根據(jù)其他的實施例，兩種類型的溝槽510a可被提供具有不同的垂直延伸。
[0076]臺面部分105可包括在背景雜質(zhì)濃度中的背景雜質(zhì)類型的雜質(zhì)。例如，臺面部分105可源于在背景雜質(zhì)濃度中通過外延摻雜(epitaxy dope)和原位摻雜(in_situ dope)生成的層。舉例說明，背景雜質(zhì)類型可以是η型，并且背景雜質(zhì)濃度可以是最多5X1014cm_3的低濃度，例如至多5xl012cm_3。
[0077]雜質(zhì)可選擇性地被引入臺面部分105的第二側(cè)壁中，其中第二側(cè)壁分別面向第二橫向側(cè)面。沒有雜質(zhì)或者僅很少雜質(zhì)被穿過溝槽510a的底部引進層部分108中，并且沒有雜質(zhì)或者僅很少雜質(zhì)在與第二橫向側(cè)面相對的第一橫向側(cè)面處被引進臺面部分105的第一側(cè)壁。
[0078]根據(jù)圖6A所示的實施例，第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)可以通過以等于或者大于tan(W/L)的注入角度α傾斜注入的方式被注入，其中注入角度α參照第一表面101垂直方向的法線被定義。在注入期間，臺面部分105遮蓋溝槽底部和第一側(cè)壁。
[0079]作為選擇，雜質(zhì)使用與推入(drive-1n)步驟結(jié)合的等離子沉積被引進，以提供垂直地同質(zhì)雜質(zhì)分布。在drive-1n步驟之前，在溝槽510a底部或者在第一側(cè)壁處的被注入?yún)^(qū)可被移除。作為選擇，在等離子沉積之前，可提供覆蓋溝槽底部和/或第一側(cè)壁并且暴露第二側(cè)壁的雜質(zhì)掩模。
[0080]根據(jù)另一個實施例，等離子沉積是受控的，以使在溝槽510a中雜質(zhì)源隨著距第一表面101的距離增加而耗盡，并且在溝槽底部之上完全耗盡。結(jié)果是隨著距第一表面101的距離增加，第二部分172中的雜質(zhì)濃度減少。替代等離子沉積，其他實施例可依靠例如從多晶娃的重?fù)诫s的犧牲層(sacrificial layer)向外擴散。
[0081]絕緣層可通過沉積或者熱生長(thermal growth)被提供。絕緣層沿溝槽510a排列。絕緣層的材料可以是半導(dǎo)體氧化物或者半導(dǎo)體氮化物，例如二氧化硅、氮氧化硅或者氮化硅。重?fù)诫s的多晶材料可以被沉積，填充沿著絕緣層排列的溝槽510a。溝槽510a中被沉積材料的部分形成提供柵電極Ga和場電極F的埋置電極515。
[0082]P型雜質(zhì)可穿過第一表面101被引入臺面部分105中，其中在面向第一表面101的臺面部分105的上部中，P型雜質(zhì)對通過傾斜注入被注入的雜質(zhì)進行逆向摻雜。η型雜質(zhì)可在臺面部分105的部分中使用雜質(zhì)掩模被引入，該臺面部分105直接鄰接具有柵電極Ga的被填充溝槽510a中的一些。絕緣包覆層220a可被沉積，并且接觸開口 315a可被蝕刻穿過絕緣包覆層220a至少進入包括源區(qū)110的臺面部分105中。
[0083]圖6B示出了從圖6A的溝槽510a中暴露的單元溝槽結(jié)構(gòu)510，其中單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的一些包括柵電極Ga并且其他的單元溝槽結(jié)構(gòu)510包括與柵電極Ga電氣地分開的場電極F。源區(qū)110在第一橫向側(cè)面處形成。摻雜區(qū)170的重?fù)诫s的第二部分172在具有源區(qū)110的有源臺面部分105和沒有源區(qū)110的無源輔助臺面部分105兩者的第二橫向側(cè)面上形成。無源輔助臺面部分105中的次級摻雜區(qū)170b還可包括弱摻雜的第一部分171和重?fù)诫s的第二部分172。
[0084]圖6C涉及沒有場電極并且例如根據(jù)如圖6A和圖6B的方法制造的IGBT 500。每個單元溝槽結(jié)構(gòu)510包括柵電極Ga，并且每個臺面部分105是有源臺面部分，該有源臺面部分包括沿第一橫向側(cè)面形成的源區(qū)110以及具有與第一橫向側(cè)面間隔開并且沿著第二橫向側(cè)面形成的重?fù)诫s的第二部分172的摻雜區(qū)170。由于源區(qū)110和第二部分172在相對的側(cè)面上形成，第二部分172的雜質(zhì)濃度的波動并不影響局部閾值電壓，該閾值電壓由各臺面部分105中沿著第一橫向側(cè)面的在體區(qū)115和摻雜區(qū)170之間的pn結(jié)定義。
[0085]圖7A至圖7C涉及具有與包括柵電極Ga的共同的單元溝槽結(jié)構(gòu)510鏡像反轉(zhuǎn)(mirror-1nverted)布置的有源臺面部分105的實施例。如參考圖6A所描述的,溝槽510a在半導(dǎo)體層10a中形成。掩模層(例如，HDP氧化物、非晶硅、多晶硅或者碳)可被沉積以覆蓋第一表面101和溝槽510a、510b的開口，填充或者不填充溝槽510a、510b。掩模層可通過光刻蝕過程被圖案化以提供注入掩模710，該注入掩模710覆蓋被提供用于形成柵電極的第一溝槽510a的開口，并且暴露被提供用于形成場電極的第二溝槽510b的開口。第一注入以等于或者大于tan(W/L)的第一注入角度α執(zhí)行。
[0086]另一個實施例可在提供注入掩模710之前，提供對第一溝槽510a的暫時填充。例如，在沉積掩模層之前，第一溝槽和第二溝槽510a、510b兩者均被一種或者多種犧牲材料填充，該犧牲材料可以是或者可以包括絕緣材料、導(dǎo)電材料或者本征半導(dǎo)體材料。第二溝槽510b中的犧牲填充物在注入之前至少部分地被凹進，以及在第一溝槽510a中的犧牲填充物在注入之后至少部分地被凹進。
[0087]另一個實施例可在提供注入掩模710之前，提供對第一溝槽510a的最終填充。絕緣層可在溝槽蝕刻之后被提供。絕緣層沿溝槽510a、510b排列，并且可提供最終器件(finalized device)中的柵絕緣層。導(dǎo)電材料(比如多晶硅)被沉積并且被凹進，以填充溝槽510a、510b。導(dǎo)電材料可提供最終器件中的柵電極。在掩模層沉積和圖案化之后，注入掩模710覆蓋第一溝槽510a中的導(dǎo)電材料并暴露第二溝槽510b中的導(dǎo)電材料。在第一注入之前，使用注入掩模710作為蝕刻掩模的蝕刻過程可從第二溝槽510b中移除被提供用于形成場電極的導(dǎo)電材料。該蝕刻過程可使用絕緣層作為蝕刻停止層(etch stop)。
[0088]圖7A示出了覆蓋第一溝槽510a并且暴露第二溝槽510b的注入掩模710。第一溝槽510a可用注入掩模710的材料或者用提供了最終器件的柵絕緣層和柵電極的絕緣層材料和導(dǎo)電材料完全填充或者部分地填充。第一注入僅在面向被提供用于形成場電極的第二溝槽510b的臺面部分105的第二側(cè)壁處有效。
[0089]第二注入以等于或者大于tan (W/L)的并且與第一注入角度α相反的第二注入角度β執(zhí)行。
[0090]圖7Β示出了使用注入掩模710以β =-α的注入角度β執(zhí)行的第二注入。第二注入僅在面向第二溝槽510b的臺面部分105的第一側(cè)壁處有效。
[0091]圖7C示出了源于圖7A至圖7B所描述過程的IGBT 500。有源臺面部分105中的摻雜部分170中的重?fù)诫s的第二部分172和無源臺面部分105中的次級摻雜部分170b中的第二部分172直接鄰接包括場電極F的單元溝槽結(jié)構(gòu)510。重?fù)诫s的第二部分172不會沿著包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510形成。
[0092]圖8A至圖8D涉及在距體區(qū)115和漂移區(qū)120兩者一定距離處，虛擬縮小具有摻雜區(qū)170的重?fù)诫s的第二部分172的臺面部分105的方法。
[0093]如參考圖6A所描述的，臨時溝槽510y被從第一表面101引入半導(dǎo)體襯底500a的半導(dǎo)體層10a中。該臨時溝槽510y具有小于最終器件中的單元溝槽結(jié)構(gòu)的垂直延伸L的垂直長度11。例如，該垂直延伸11可以大于0.25x L并且小于0.75x L。
[0094]圖8A示出了具有垂直延伸11的臨時溝槽51y。
[0095]η型雜質(zhì)通過垂直注入、通過氣相擴散、通過從高的η摻雜的犧牲層中向外擴散或者通過使用旋涂型摻雜物(spin-on dopant)被引進。在η型雜質(zhì)引進期間,注入掩?？筛采w臨時溝槽510y之外的第一表面101。作為選擇，在臨時溝槽510y之外的第一表面101中的引進的雜質(zhì)可被移除，例如通過蝕刻過程或者磨削過程(grinding process)被移除。
[0096]圖8B示出了類似穿過臨時溝槽510y的底部引進雜質(zhì)的實施例的垂直注入。
[0097]高溫過程可將注入的雜質(zhì)推入鄰接的半導(dǎo)體層10a的部分中。
[0098]圖8C示出了所產(chǎn)生的臨時雜質(zhì)區(qū)172y，其在半導(dǎo)體層10a的處于臨時溝槽510y之間的部分中橫向延伸。
[0099]臨時溝槽510y被進一步凹進。根據(jù)實施例，凹部可使臨時溝槽510y延伸直至最終器件中的單元溝槽結(jié)構(gòu)的垂直延伸。根據(jù)其他實施例，一個或者多個進一步注入可在臨時溝槽510y的不同深度處執(zhí)行。
[0100]圖8D示出了在穿過臨時溝槽510y的底部的注入中暴露的重?fù)诫s的第二部分172。該重?fù)诫s的第二部分172能在距第一表面101 —定距離處被提供，以使在體區(qū)115的區(qū)域中不發(fā)生逆向摻雜。另外，第二部分172可與漂移區(qū)120間隔開。
[0101]雖然本文中舉例說明和描述了特定的實施例，但在不脫離本發(fā)明的范圍情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可領(lǐng)會可替代所示和所描述的特定的實施例的各種替代的和/或等效的實現(xiàn)方式。本申請旨在涵蓋本文所討論的特定的實施例的任何改編或者變化。因此，本發(fā)明旨在僅由權(quán)利要求及其等同物限制。
【權(quán)利要求】
1.一種絕緣柵雙極型晶體管，包括: 臺面部分，其在兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)之間從半導(dǎo)體部分的第一表面延伸至所述半導(dǎo)體部分的層部分； 源區(qū)，其形成于所述臺面部分中并且電連接至發(fā)射極電極；以及 摻雜區(qū)，其通過互補的導(dǎo)電類型的體區(qū)與所述源區(qū)分開，所述摻雜區(qū)包括具有第一平均凈雜質(zhì)濃度的第一部分和具有超過至少十倍的所述第一平均凈雜質(zhì)濃度的第二平均凈雜質(zhì)濃度的第二部分，其中所述第一部分從所述體區(qū)延伸至所述層部分。
2.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少十倍的所述層部分中的漂移層的直接鄰接部分中的第三平均凈雜質(zhì)濃度。
3.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述漂移層的直接鄰接所述第一部分的部分中的第三平均凈雜質(zhì)濃度和所述第一平均凈雜質(zhì)濃度彼此偏差不超過10%。
4.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述摻雜區(qū)的所述第二部分直接鄰接所述體區(qū)。
5.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述摻雜區(qū)的所述第二部分與所述層部分間隔開。
6.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，進一步包括: 在所述兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)的第一單元溝槽結(jié)構(gòu)中的柵電極和在所述兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)的第二單元溝槽結(jié)構(gòu)中的場電極，其中 所述第二部分直接鄰接所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)，并且所述第一部分將所述第二部分與所述第一單元溝槽結(jié)構(gòu)分開。
7.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述源區(qū)直接鄰接所述兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)中的第一單元溝槽結(jié)構(gòu)，并且所述體區(qū)將所述源區(qū)與所述兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)中的第二單元溝槽結(jié)構(gòu)分開。
8.如權(quán)利要求7所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述第二部分直接鄰接所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)，并且所述第一部分將所述第二部分與所述第一單元溝槽結(jié)構(gòu)分開。
9.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述摻雜區(qū)的所述第二部分與所述體區(qū)間隔開。
10.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述第二部分在至多50 %的所述摻雜區(qū)的垂直延伸之上延伸。
11.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述第二部分在至少50%的所述臺面部分的橫向臺面寬度之上延伸。
12.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述第二部分包括兩個被空間地分開的子部分，并且所述第一部分將所述第二部分的所述兩個子部分分開。
13.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述單元溝槽結(jié)構(gòu)中的第一單元溝槽結(jié)構(gòu)包括柵電極并且所述單元溝槽結(jié)構(gòu)中的第二單元溝槽結(jié)構(gòu)包括場電極， 所述臺面部分形成在所述第一單元溝槽結(jié)構(gòu)中的一個和所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)中的一個之間， 所述源區(qū)直接鄰接與所述臺面部分鄰接的所述第一單元溝槽結(jié)構(gòu)， 所述體區(qū)將所述源區(qū)與所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)分開，并且 所述摻雜區(qū)的所述第二部分直接鄰接所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 輔助臺面部分形成在成對的所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)之間，所述輔助臺面部分包括次級摻雜區(qū)和將所述次級摻雜區(qū)與所述第一表面分開的次級體區(qū)，所述次級摻雜區(qū)包括具有所述第一平均凈雜質(zhì)濃度的第一部分和具有所述第二平均凈雜質(zhì)濃度的第二部分，所述第一部分在所述次級體區(qū)和所述層部分中的漂移層之間延伸。
15.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述摻雜區(qū)的所述第二部分包括硫3原子和/或硒％原子。
16.一種制造絕緣柵雙極型晶體管的方法，所述方法包括: 提供從第一表面延伸至半導(dǎo)體部分中的層部分的溝槽， 向所述溝槽之間的臺面部分中引入雜質(zhì)， 從被引入的所述雜質(zhì)中形成通過體區(qū)與源區(qū)分開的摻雜區(qū)的第二部分，所述源區(qū)電連接至發(fā)射極電極，所述第二部分具有第二平均凈雜質(zhì)濃度，所述第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少十倍的所述摻雜區(qū)的第一部分中的第一平均凈雜質(zhì)濃度，其中所述第一部分分別從所述體區(qū)延伸至所述層部分。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中 引入所述雜質(zhì)的步驟包括以相對所述第一表面的法線的一個或者多個注入角度向所述臺面部分中注入所述雜質(zhì)，其中所述注入角度數(shù)大于，其中I是所述溝槽的寬度并且I是所述溝槽的垂直延伸。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中 引入所述雜質(zhì)的步驟包括等離子擴散過程，所述等離子擴散過程利用被控制以在所述溝槽的底部處被耗盡的雜質(zhì)源。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括: 在引入所述雜質(zhì)之前填充所述溝槽，所述溝槽包括第一溝槽和第二溝槽； 提供覆蓋被填充的所述第一溝槽并且暴露被填充的所述第二溝槽的注入掩模； 使用所述注入掩模作為蝕刻掩模，至少部分地凹進所述第二溝槽中的填充物；以及 通過使用所述注入掩模的注入引入所述雜質(zhì)。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中 提供所述溝槽的步驟包括提供臨時溝槽以及在所述臨時溝槽的底部中引進所述第一雜質(zhì)之后，凹進所述臨時溝槽以從凹進的所述臨時溝槽提供的所述溝槽。
【文檔編號】H01L29/423GK104465734SQ201410465273
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】J·G·拉文, A·菲利波, H-J·舒爾策, C·耶格, R·巴布斯克, A·維萊 申請人:英飛凌科技股份有限公司
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。IGBT包括在兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)之間從半導(dǎo)體部分的第一表面延伸至該半導(dǎo)體部分的層部分的臺面部分。電連接至發(fā)射極電極的源區(qū)形成于該臺面部分中。通過互補導(dǎo)電類型的體區(qū)與該源區(qū)分開的摻雜區(qū)，包括具有第一平均凈雜質(zhì)濃度的第一部分以及具有第二平均凈雜質(zhì)濃度的第二部分，該第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少10倍的第一平均凈雜質(zhì)濃度。在臺面部分中，第一部分從體區(qū)延伸至層部分。摻雜區(qū)的第二部分虛擬地縮小了該IGBT在正常導(dǎo)通狀態(tài)下的臺面部分。
【專利說明】絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種具有單元溝槽結(jié)構(gòu)之間的臺面部分的絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于垂直IGFET (絕緣柵場效應(yīng)晶體管，insulated gate field effecttransistor)單兀的 IGBT(絕緣柵雙極型晶體管，insulated gate bipolar transistor)包括具有埋置電極的單元溝槽結(jié)構(gòu)以及該單元溝槽結(jié)構(gòu)之間的半導(dǎo)體部分的臺面部分。相鄰的臺面部分之間的低的中心到中心的距離(節(jié)距，pitch)增加了 IGFET單元的總移動載流子(charge carrier)供應(yīng)能力，并且有利于IGBT的低的導(dǎo)通狀態(tài)電阻。亟需提供具有增強型器件特性的IGBT。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]一個實施例涉及絕緣柵雙極型晶體管，該絕緣柵雙極型晶體管包括在兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)之間從半導(dǎo)體部分的第一表面延伸至該半導(dǎo)體部分的層部分的臺面部分。電連接至發(fā)射極電極的源區(qū)形成于該臺面部分中。通過互補導(dǎo)電類型的體區(qū)與該源區(qū)分開的摻雜區(qū)包括具有第一平均凈雜質(zhì)濃度的第一部分以及具有第二平均凈雜質(zhì)濃度的第二部分，該第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少10倍的第一平均凈雜質(zhì)濃度。在臺面部分中，第一部分從體區(qū)延伸至層部分。
[0004]另一個實施例涉及制造絕緣柵雙極型晶體管的方法。在半導(dǎo)體部分中，提供從半導(dǎo)體部分的第一表面延伸至層部分的溝槽。向溝槽之間的臺面部分中引入第一雜質(zhì)，以在臺面部分中形成摻雜區(qū)的第一部分和第二部分，其中體區(qū)將摻雜區(qū)與電連接至發(fā)射極電極的源區(qū)分開。摻雜區(qū)的第二部分具有第二平均凈雜質(zhì)濃度，該第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少10倍的摻雜區(qū)的第一部分中的第一平均凈雜質(zhì)濃度。第一部分分別地從體區(qū)延伸至層部分。
[0005]通過閱讀下面的【具體實施方式】和參看附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能認(rèn)識到其他的特征和優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]附圖被包括以提供對本公開的進一步理解，而且附圖被包括在本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分?！緦＠綀D】
【附圖說明】了本公開的實施例，并且和【具體實施方式】一起用于解釋本公開的原理。通過參考下面的【具體實施方式】，能更好地理解并將容易領(lǐng)會其他的實施例和預(yù)期優(yōu)點。
[0007]圖1A是根據(jù)實施例的IGBT的一部分的剖視圖，該實施例在臺面部分相對的橫向側(cè)面面上提供源區(qū)和摻雜區(qū)的重?fù)诫s的第二部分。
[0008]圖1B是依照實施例的沿著η溝道IGBT的臺面部分的橫向截面平面的雜質(zhì)濃度分布的示意圖，該實施例通過經(jīng)過臺面部分的側(cè)壁引進η型雜質(zhì)提供第二部分。
[0009]圖1C是依照實施例的沿著η溝道IGBT的臺面部分的橫向截面平面的雜質(zhì)濃度分布的示意圖，該實施例通過經(jīng)過臺面部分的側(cè)壁引進P型雜質(zhì)提供第一部分。
[0010]圖1D是依照實施例的沿著η溝道IGBT的臺面部分的橫向截面平面的雜質(zhì)濃度分布的示意圖，該實施例通過經(jīng)過臺面部分的側(cè)壁引進η型雜質(zhì)提供第二部分的分開的子部分。
[0011]圖1E是根據(jù)實施例的IGBT的一部分的示意性剖視圖，該實施例在具有柵電極的單元溝槽結(jié)構(gòu)之間提供臺面部分。
[0012]圖1F是根據(jù)實施例的IGBT的一部分的示意性剖視圖，該實施例與RC-1GBT有關(guān)。
[0013]圖1G是根據(jù)實施例的IGBT的一部分的示意性剖視圖，該實施例為每個柵電極提供四個場電極(field electrode)。
[0014]圖2A是根據(jù)實施例的IGBT的一部分的剖視圖，該實施例提供柵電極和場電極。
[0015]圖2B是根據(jù)一個比較性示例的IGBT的剖視圖，該示例是用于說明實施例的效果。
[0016]圖3A是示出了圖2A的IGBT在正常導(dǎo)通狀態(tài)下，在圖2A的橫截面平面中的空穴電流密度的示意圖。
[0017]圖3B是示出了圖2B的IGBT在正常導(dǎo)通狀態(tài)下，在圖2B的橫截面平面中的空穴電流密度的示意圖。
[0018]圖4A是示出了圖2A的IGBT在關(guān)斷期間，在圖2A的橫截面平面中的空穴電流密度的示意圖。
[0019]圖4B是示出了圖2B的IGBT在關(guān)斷期間，在圖2B的橫截面平面中的空穴電流密度的示意圖。
[0020]圖5是說明了根據(jù)實施例的IGBT和根據(jù)比較性示例的IGBT的擊穿特性的示意圖。
[0021]圖6A是半導(dǎo)體襯底的一部分的示意性剖視圖，用于說明在傾斜(titled)注入期間，制造具有摻雜區(qū)中的單側(cè)重?fù)诫s的第二部分的IGBT的方法。
[0022]圖6B是在根據(jù)實施例提供了接觸凹槽后，圖6A的半導(dǎo)體襯底部分的示意性剖視圖，該實施例在具有柵電極的單元溝槽結(jié)構(gòu)之間提供具有場電極的單元溝槽結(jié)構(gòu)。
[0023]圖6C是不具有場電極并且根據(jù)圖6A的方法制造的IGBT的一部分的示意性剖視圖。
[0024]圖7A是半導(dǎo)體襯底的一部分的示意性剖視圖，用于說明在第一傾斜注入期間，制造具有對稱的源區(qū)的IGBT的方法。
[0025]圖7B是在第二傾斜注入期間，圖7A的半導(dǎo)體襯底部分的示意性剖視圖。
[0026]圖7C是根據(jù)圖7B的方法制造的IGBT的一部分的示意性剖視圖。
[0027]圖8A是半導(dǎo)體襯底的一部分的示意性剖視圖，用于說明在提供臨時溝槽之后，制造包括摻雜區(qū)的重?fù)诫s的第二部分的分開的子部分的IGBT的方法。
[0028]圖8B是在注入期間圖8A的半導(dǎo)體襯底部分的示意性剖視圖。
[0029]圖SC是在擴散過程之后圖SB的半導(dǎo)體襯底部分的示意性剖視圖，該擴散過程從注入物中提供摻雜區(qū)的重?fù)诫s的第二部分的子部分。
[0030]圖8D是在凹進臨時溝槽之后，圖8C的半導(dǎo)體襯底部分的示意性剖視圖。
【具體實施方式】
[0031]在下面的【具體實施方式】中參考了附圖，附圖構(gòu)成本文的一部分并且通過說明的方式示出了本公開能夠被實施的特定實施例。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，不脫離本發(fā)明的范圍，其他的實施例能夠被利用并且能夠被做出結(jié)構(gòu)上或者邏輯上的改變。例如，用于說明或者描述一個實施例的特征能被用在其他實施例上或者與其他實施例結(jié)合，以產(chǎn)出又一個實施例。本公開旨在包括這些修改和變形。使用特定語言描述的示例不應(yīng)當(dāng)被理解為對所附權(quán)利要求的限制。附圖不一定按比例，并且僅以說明為目的。為清楚起見，如果沒有另外陳述，在不同附圖中相同的元件通過對應(yīng)的附圖標(biāo)記標(biāo)明。
[0032]術(shù)語“具有(having)”、“包括(containing、including、comprising) ”等等是開放性術(shù)語，并且該術(shù)語表明所陳述的結(jié)構(gòu)、元件或者特征的存在，但并不排除其他的元件或者特征的存在。冠詞“一(a、an)”和“該(the) ”旨在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非文中另有明確指明。
[0033]術(shù)語“電連接(electrically connected) ”描述電連接的元件之間的永久低電阻連接，例如連接元件之間的直接接觸或者經(jīng)由金屬和/或高摻雜半導(dǎo)體的低電阻連接。術(shù)語“電I禹接(electrically coupled) ”表明可在電f禹接的元件之間存在一個或者多個適用于信號傳輸?shù)慕槿朐?，例如臨時地提供在第一狀態(tài)時的低電阻連接以及在第二狀態(tài)時的高電阻電去耦的元件。
[0034]附圖舉例說明了緊挨著摻雜類型“η”或“p”的用或“ + ”表明的相對摻雜濃度。例如，“η_”意為摻雜濃度低于“η”摻雜區(qū)域的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)域比“η”摻雜區(qū)域具有更高的摻雜濃度。具有相同的相對摻雜濃度的摻雜區(qū)域不一定具有相同的絕對摻雜濃度。例如，兩個不同的“η”摻雜區(qū)域可具有相同或者不同的絕對摻雜濃度。
[0035]圖1A涉及IGBT 500，舉例說明，IGBT 500可以是PT_IGBT(穿通型IGBT，punch-through IGBT) >NPT-1GBT (非穿通型 IGBT, non-punch-through IGBT) >RB-1GBT (反向阻斷型 IGBT, reverse blocking IGBT)或者 RC-1GBT (反向?qū)ㄐ?IGBT, reverseconducting IGBT)。IGBT 500基于由單晶半導(dǎo)體材料提供的半導(dǎo)體部分100，單晶半導(dǎo)體材料例如是硅S1、碳化硅SiC、鍺Ge、硅鍺晶體SiGe、氮化鎵GaN或者砷化鎵GaAs。舉例說明，下文中給定的大小和濃度指硅IGBT。
[0036]半導(dǎo)體部分100的第一表面101和第二表面102相互平行。第一表面和第二表面
101、102之間的最小距離被選擇，以使在半導(dǎo)體部分100的層部分108中形成的漂移層120達到指定的電壓阻斷能力。例如，第一表面和第二表面101、102之間的距離可以為90μπι至110 μ m，對應(yīng)著被指定為至少1200V的阻斷電壓的IGBT。涉及PT-1GBT或者具有高阻斷能力的IGBT的其他的實施例可提供具有厚度為幾百微米(ym)的半導(dǎo)體部分100。
[0037]半導(dǎo)體部分100可具有邊沿長度在幾毫米范圍內(nèi)的矩形。第一表面和第二表面
101、102的法線定義了垂直方向，并且正交于該法線方向的方向是橫向方向。
[0038]單元溝槽結(jié)構(gòu)510從第一表面101延伸至半導(dǎo)體部分100中直至層部分108。在單元溝槽結(jié)構(gòu)510之間，臺面部分105從第一表面101延伸至層部分108。臺面部分105可具有垂直的側(cè)壁或者稍微傾向第一表面101的側(cè)壁，其中單元溝槽結(jié)構(gòu)510隨著距第一表面101的距離的增加而形成錐形。單元溝槽結(jié)構(gòu)510的垂直延伸L可在Ιμπι至20μπι的范圍內(nèi)。例如，不是條形形狀的單元溝槽結(jié)構(gòu)510 (例如，具有近似多邊形的橫截面區(qū)域(比如矩形和正方形)的單元溝槽結(jié)構(gòu)510)的垂直延伸L，可在5 μ m至15 μ m的范圍內(nèi)。例如，條形形狀的單元溝槽結(jié)構(gòu)510的垂直延伸L可在2μπι至7μπι的范圍內(nèi)。橫向?qū)挾萕可以小于2 μ m,例如小于1.2 μ m或者600nm和更小。
[0039]單元溝槽結(jié)構(gòu)510包括埋置電極515以及絕緣層516，該絕緣層516分隔埋置電極515與在單元溝槽結(jié)構(gòu)510之外的半導(dǎo)體材料并且是有效的柵絕緣層。舉例說明，絕緣層516的厚度可具有在50nm至150nm范圍內(nèi)的統(tǒng)一厚度，例如在80nm和120nm之間。單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的至少一個的埋置電極515提供電連接至或電耦接至IGBT500的柵端G的柵電極Ga。其他的單元溝槽結(jié)構(gòu)510的埋置電極515可電連接或者電耦接至柵端G或者發(fā)射極端E或者另外的端。根據(jù)另一個實施例，全部的埋置電極515電連接或者電耦接至柵端G。
[0040]單元溝槽結(jié)構(gòu)510可以是在規(guī)律方式下以規(guī)律的節(jié)距布置的平行條狀。根據(jù)其他實施例，單元溝槽結(jié)構(gòu)510的橫向截面區(qū)域可以是圓、橢圓、卵形或者具有或沒有圓角的多邊形(比如六邊形或者矩形(例如正方形))或環(huán)形。例如，第一和第二單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的兩個或者三個可形成具有兩個或者三個同心環(huán)的布置，其中該環(huán)可以是圓、橢圓、卵形或者具有或者沒有圓角的矩形(例如正方形)。
[0041]鄰接包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510的臺面部分105中的至少一個包括IGFET單元，該IGFET單元具有第一導(dǎo)電類型的源區(qū)110、第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)170以及分開源區(qū)110與摻雜區(qū)170的第二、互補導(dǎo)電類型的體區(qū)115。源區(qū)110可電連接至發(fā)射極電極310并且可直接鄰接第一表面101。源區(qū)和體區(qū)110、115形成第一 pn結(jié)，該第一 pn結(jié)可大約平行于第一表面101延伸。體區(qū)和摻雜區(qū)115、170形成第二 pn結(jié)，該第二 pn結(jié)在各臺面部分105的整個橫向截面區(qū)域之上延伸。
[0042]半導(dǎo)體部分100的層部分108包括漂移層120和直接鄰接第二表面102的集電極層130。集電極層130可以是第二導(dǎo)電類型的連續(xù)的層。根據(jù)其他實施例，例如與RC-1GBT有關(guān)的實施例，集電極層130可包括第一導(dǎo)電類型的第一部分和第二導(dǎo)電類型的第二部分，其中第一部分和第二部分沿著一個橫向方向或在兩個橫向方向上交替。集電極層130中的平均凈雜質(zhì)濃度可以是至少lxl016cm_3,例如至少5xl017cm_3。
[0043]絕緣包覆層220 (capping layer)可將單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的一些和臺面部分105中的一些與發(fā)射極電極310介電絕緣,該發(fā)射極電極310位于由第一表面101定義的半導(dǎo)體部分的側(cè)面處。接觸結(jié)構(gòu)315延伸穿過絕緣包覆層220的開口并且電連接發(fā)射極電極310與源區(qū)110和鄰接源區(qū)110的體區(qū)115。體區(qū)115可包括沿著具有接觸結(jié)構(gòu)315的界面的第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s接觸區(qū)，以減少接觸電阻。
[0044]舉例說明，發(fā)射極電極310電連接至發(fā)射極端E，并且可包括至少一個阻擋層311，該阻擋層311具有5nm至10nm范圍內(nèi)的統(tǒng)一厚度并且包括氮化鈦TiN層、氮化鉭TaN層、鈦Ti層或鉭Ta層。發(fā)射極電極310的主層319可由下列材料組成或包含這些材料:鎢或者基于鎢的金屬、重?fù)诫s的多晶硅、碳C、鋁Al、銅Cu或鋁和銅的合金(比如AlCu或者AlSiCu)。
[0045]集電極電極320直接鄰接第二表面102。集電極電極320電連接至集電極層130并且可由招Al、銅Cu或者招或銅的合金(比如AlS1、AlCu或者AlSiCu)作為主成分而構(gòu)成，或包含招Al、銅Cu或者招或銅的合金(比如AlS1、AlCu或者AlSiCu)作為主成分。根據(jù)其他的實施例，集電極電極320可包括一個、兩個、三個或者多個子層，其中每個子層包括鎳N1、鈦T1、銀Ag、金Au、鎢W、鉬Pt和/或鈀Pd中的至少一種作為主成分。例如，子層可包括金屬硅化物、金屬氮化物、或包括附、11、48、411、1、？丨和/或？(1的金屬合金。集電極電極320電連接至或者電耦接至IGBT 500的集電極端C。
[0046]摻雜區(qū)170包括具有第一平均凈雜質(zhì)濃度的第一部分171和具有第二平均凈雜質(zhì)濃度的第二部分172，該第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少10倍(例如，至少100倍)的第一平均凈雜質(zhì)濃度。第一部分171從體區(qū)115延伸至層部分108中的漂移層120。第一部分171形成體區(qū)115和漂移層120之間的大約相同雜質(zhì)濃度的連續(xù)路徑。
[0047]第二部分172可以是直接鄰接毗連的單元溝槽結(jié)構(gòu)510其中的一個的單部分結(jié)構(gòu)(one-part structure),或者可以是被第一部分171空間地分開的具有兩個或者多個子部分的多部分結(jié)構(gòu)(mult1-part structure)。第二平均凈雜質(zhì)濃度可以是至少1000倍的第一平均凈雜質(zhì)濃度。例如，第一部分171和漂移層120中的平均凈雜質(zhì)濃度可以在lxl012cnT3和5xl014m_3之間(例如，在5xl012cm_3和lxl014m_3之間)，并且第二平均凈雜質(zhì)濃度可以是至少lxl016cnT3。在每個部分171、172中，凈雜質(zhì)濃度可以是恒定的、嚴(yán)格遞減或者嚴(yán)格遞增的。橫向雜質(zhì)濃度分布中的拐點(point of inflect1n)可把第一部分和第二部分171、172彼此分開。
[0048]根據(jù)實施例，摻雜區(qū)170的第二部分172包括例如，具有電離能大于10meV的深施主(deep donor)或者深雙施主(deep double donors)(例如，硫S或者硒Se)。具有S、Se雜質(zhì),第二部分172的電效率(electric efficiency)隨著溫度的增加而增加,提供了用于微調(diào)IGBT500的溫度性能的更大自由度。
[0049]將第二部分172與包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510分開的第一部分171的橫向?qū)挾葁2可以至多是總臺面寬度wl的一半。例如，對于直接鄰接具有柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510并且具有600nm的臺面寬度wl的有源臺面部分105，第一部分171可具有約230nm的第二寬度w2。
[0050]臺面部分105的平行于第一表面101的橫向雜質(zhì)密度分布具有至少一個最小值以及至少一個最大值，該最大值超過該最小值乘因子100倍或更大。
[0051]如圖1B所示的摻雜區(qū)170的橫向雜質(zhì)密度分布可起因于向臺面部分105中局部地引入第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，臺面部分105具有對應(yīng)于第一部分171的雜質(zhì)濃度的同質(zhì)背景雜質(zhì)濃度。第二部分172通過對被引進雜質(zhì)有效的擴散過程形成。在第一部分171中，平均凈雜質(zhì)濃度沿著橫向方向是恒定的，并且在第二部分172中，雜質(zhì)濃度從與相鄰單元溝槽結(jié)構(gòu)510的界面處的最大值降低至由背景雜質(zhì)濃度給定的值。
[0052]圖1C的橫向雜質(zhì)分布起因于通過引入第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，逆向摻雜具有第一導(dǎo)電類型的高背景雜質(zhì)濃度的臺面部分。第一部分171通過應(yīng)用于被引進的第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的擴散過程形成，并且第二部分172由保持不受引入的雜質(zhì)影響的臺面部分105的一部分形成。
[0053]圖1D的橫向雜質(zhì)分布起因于從臺面部分105的兩側(cè)引進第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，以形成包括被第一部分171空間地分開的第一子部分和第二子部分172a、172b的第二部分172，第一部分171具有由背景雜質(zhì)濃度給定的統(tǒng)一雜質(zhì)濃度。
[0054]在IGBT 500的正常導(dǎo)通狀態(tài)運行期間，重?fù)诫s的第二部分172使臺面部分105虛擬地(virtually)縮小。被虛擬縮小的臺面部分105的影響將以圖1A的η溝道的IGBT 500為基礎(chǔ)進行討論，該IGBT具有源區(qū)和摻雜區(qū)110、170的第一導(dǎo)電類型是η型以及體區(qū)115的第二導(dǎo)電類型是P型。等效的考慮適用于第一導(dǎo)電類型是P型以及第二導(dǎo)電類型是η型的P溝道的IGBT。
[0055]在IGBT 500的正常導(dǎo)通狀態(tài)運行期間，在漂移層120中的載流子等離子包括空穴(hole)和電子，其中載流子等離子越密集，漂移層越導(dǎo)電并且在正常導(dǎo)通狀態(tài)下的靜態(tài)損耗越低。在重?fù)诫s的第二部分172中的雜質(zhì)原子的高濃度靜止正離子(stat1narypositive 1n)阻擋空穴通過第二部分172和體區(qū)115被從漂移層120中排出。漂移層120中的載流子等離子仍然比沒有第二部分172的更密集，并且其結(jié)果是漂移層120更導(dǎo)電。在正常導(dǎo)通狀態(tài)中發(fā)生的靜態(tài)歐姆損耗被降低。
[0056]除了通過擴寬單元溝槽結(jié)構(gòu)510的底部以于穩(wěn)定載流子等離子的途徑之外，為了達到如提及的靜態(tài)損耗相同程度的改進，臺面部分105的橫向臺面寬度wl能保持相對地在整個垂直延伸L之上的寬度。依賴于縮小臺面部分105的寬度的常規(guī)途徑通常地包括導(dǎo)致在晶元直徑之上和在晶片批次的晶片之間的設(shè)計的低重復(fù)性的危險過程。例如，薄而高的臺面部分105受制于在臺面部分105之間的空間被填充埋置電極515的材料之前，可讓一些臺面部分105崩潰的過程。
[0057]具有重?fù)诫s部分172的臺面部分105的虛擬縮小實現(xiàn)了沒有該危險過程的類似效果O
[0058]根據(jù)實施例，分別地，源區(qū)110在各臺面部分105的第一橫向側(cè)面處直接鄰接兩個相鄰單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的第一個，并且體區(qū)115在臺面部分105的第二橫向側(cè)面處將源區(qū)110與該單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的第二個分開，從而保持流經(jīng)IGBT 500的最大短路電流足夠小。
[0059]第二部分172的電效率越高，體區(qū)115和第二部分172之間的距離Λ I越小。距離Λ I可以是臺面部分105的垂直延伸L的至多一半。根據(jù)實施例，該實施例中源區(qū)110在臺面部分105的第一橫向側(cè)面處直接鄰接第一相鄰單元溝槽結(jié)構(gòu)510并且與第二單元溝槽結(jié)構(gòu)510分開，第一部分171將第二部分172與第一單元溝槽結(jié)構(gòu)510分開并且第二部分172可直接鄰接體區(qū)115。在這種情況下，用于形成第二部分172的過程并不影響沿著第一橫向側(cè)面的在體區(qū)115和摻雜區(qū)170的第一部分171之間的pn結(jié)處的雜質(zhì)濃度，在該第一橫向側(cè)面處，IGBT500在正常導(dǎo)通狀態(tài)下沿著包括柵電極Ga的第一單元溝槽結(jié)構(gòu)510形成導(dǎo)電的反相溝道，并且在該第一橫向側(cè)面處的雜質(zhì)濃度確定了 IGFET單元的局部閾值電壓。
[0060]第二部分172的垂直延伸Λ 2可以是臺面部分105的垂直延伸L的至多一半。具有小的垂直延伸Λ2，第二部分172作為場截止(field stop)效果較差，從而小的垂直延伸Λ 2避免了 IGBT 500阻斷能力的退化。
[0061]圖1A涉及單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的一些的埋置電極515形成場電極F的實施例，場電極F可電連接至發(fā)射極電極310和發(fā)射極端Ε。在具有場電極F的單元溝槽結(jié)構(gòu)510之間的輔助臺面部分105 (ancillary mesa sect1n)可包括次級摻雜部分和將次級摻雜區(qū)與第一表面101分開的次級體區(qū)115b。次級摻雜區(qū)可包括對應(yīng)于第一部分和第二部分171、172的弱摻雜部分和重?fù)诫s部分。包覆絕緣層220可以介電絕緣或者可以不介電絕緣發(fā)射極電極310與場電極F。
[0062]圖1E涉及不具有場電極F的實施例。源區(qū)110可在臺面部分105的第一橫向側(cè)面處和可沿著與第一橫向側(cè)面相對的第二橫向側(cè)面的第二部分172處分別形成。
[0063]半導(dǎo)體部分100可進一步包括在集電極層130和漂移層120之間的場截止層或者緩沖層128。截止層/緩沖層128中的平均凈雜質(zhì)濃度可以在5xl015cm_3和lxl018m_3之間(例如,在lxl015cm_3至5xl016m_3范圍之內(nèi))，并且可超過至少五倍的漂移層120中的平均凈雜質(zhì)濃度。
[0064]根據(jù)實施例，截止層/緩沖層128可具有在垂直方向上的不同質(zhì)摻雜，展示為一個或者多個局部極大值和/或者一個或者多個局部極小值。在局部極大值處，峰值摻雜可超過截止層/緩沖層128中的平均凈雜質(zhì)濃度高達100的因子，同時局部極小值可展示低至漂移層120中的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。
[0065]圖1F涉及具有集電極層130的RC-1GBT，集電極層130包括第二導(dǎo)電類型的第一部分131和第一導(dǎo)電類型的第二部分132。第一部分和第二部分131、132沿著一個橫向方向或沿兩個橫向方向上交替。附加接觸結(jié)構(gòu)315電連接發(fā)射極電極310與次級體區(qū)115b的一些或者全部。次級體區(qū)115b形成集成續(xù)流二極管(free-wheeling d1de)的陽極區(qū)域并且集電極層130的第二部分132形成該集成續(xù)流二極管的陰極區(qū)域，該續(xù)流二極管在發(fā)射極電極310和集電極電極320之間有效。
[0066]圖1G的IGBT 500包括在一對柵電極Ga之間的四個場電極F。發(fā)射極電極310電連接至該場電極F以及源區(qū)和體區(qū)110、115，源區(qū)和體區(qū)110、115在每個柵電極Ga的兩個側(cè)面上的有源臺面部分105中。
[0067]圖2A示出了包括單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的柵電極和場電極Ga、F的IGBT 500的示意性剖視圖。體區(qū)115和層部分108之間的臺面部分105的摻雜區(qū)170包括與包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510分開的重?fù)诫s的第二部分172，以及直接鄰接包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510的源區(qū)110。臺面部分105的橫向臺面寬度wl為約600nm，并且將第二部分172與包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510分開的第一部分171的橫向?qū)挾葁2為約230nm。
[0068]圖2B示出了在臺面部分105中不具有第二部分172的常規(guī)IGBT500x的等價剖視圖，該臺面部分105具有如圖2A的IGBT 500相同的橫向臺面寬度wl。
[0069]圖3A示出了圖2A的IGBT 500在正常導(dǎo)通狀態(tài)期間，臺面部分105中的空穴電流密度。沒有空穴穿過第二部分172。在正常導(dǎo)通狀態(tài)下，第二部分172有效的減少了穿過體區(qū)115被從漂移層120排出至接觸結(jié)構(gòu)315的空穴的總量。與圖3B所示的參考IGBT 500x在正常導(dǎo)通狀態(tài)下的空穴電流相比，重?fù)诫s的第二部分172有效地減少了穿過體區(qū)115被從漂移層120排出至發(fā)射極電極320的空穴的總量。
[0070]圖4A和圖4B示出了圖2A和圖2B的IGBT 500、500x在集電極-發(fā)射極電壓Vce為20V的關(guān)斷期間的空穴電流密度。關(guān)斷期間的快速載流子移除(removal)減少了動態(tài)的開關(guān)損耗。至少對于Vee大于20V，在關(guān)斷期間第二部分172并不阻斷從漂移層120移除載流子。至少從Vra的閾值電平開始，在關(guān)斷期間，第二部分172沒有不利地影響或者僅低程度的不利地影響空穴電流密度，并因此影響動態(tài)開關(guān)損耗。
[0071]換言之，在正常導(dǎo)通狀態(tài)下具有臺面寬度wl為600nm的被虛擬縮小的臺面部分105的IGBT 500，表現(xiàn)為像具有臺面寬度wl為300nm的臺面部分的常規(guī)IGBT，但是在關(guān)斷期間，圖2A的IGBT示出了相當(dāng)具有臺面寬度wl為600nm的圖2B的常規(guī)IGBT 500x的表現(xiàn)。
[0072]圖5示出了用于說明包括被虛擬縮小的臺面部分的IGBT 500y的擊穿特性11，以及具有未被虛擬縮小的臺面部分的常規(guī)參考器件的擊穿特性12。當(dāng)泄露電流按至多2的因子小幅增加時，擊穿電壓大約相同。被虛擬縮小的臺面部分提升了導(dǎo)通狀態(tài)的特性，而沒有不利地影響擊穿性能。
[0073]圖6A至圖6C涉及基于半導(dǎo)體襯底500a制造具有被虛擬地縮小的臺面部分的IGBT的方法，該半導(dǎo)體襯底500a由單晶半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體層10a組成或者包括單晶半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體層10a。單晶半導(dǎo)體材料可包括硅S1、碳化硅SiC、鍺Ge、硅鍺晶體SiGe、氮化鎵GaN或者砷化鎵GaAs。例如，半導(dǎo)體襯底500a可以是硅晶圓，能制得多個完全相同的半導(dǎo)體裸片。半導(dǎo)體層10a具有平坦的第一表面101以及與第一表面101平行的第二表面102。
[0074]溝槽510a被蝕刻從第一表面101進入半導(dǎo)體層10a中直至層部分108。溝槽510a可具有垂直側(cè)壁或者是稍微傾向第一表面101的側(cè)壁，其中溝槽510a隨著距第一表面101的距離的增加錐形化。溝槽510a的垂直延伸L可在2μπι至7μπι的范圍內(nèi)。溝槽510a的橫向?qū)挾萕可小于2 μ m,例如，小于1.2 μ m。溝槽510a之間的臺面部分105的橫向臺面寬度wl可小于I μ m,例如，至多為600nm。
[0075]溝槽510a可以是在規(guī)律方式下以相同節(jié)距布置的平行條狀。根據(jù)其他實施例，溝槽510a的橫向截面區(qū)域可以是圓、橢圓、卵形或者具有或沒有圓角的多邊形(比如六邊形或者矩形(例如正方形))或環(huán)形。例如，溝槽510a中的兩個或者三個可形成具有兩個或者三個同心環(huán)的布置，其中該環(huán)可以是圓、橢圓、卵形或者具有或者沒有圓角的矩形(例如正方形)。溝槽510a可以具有相同的深度。根據(jù)其他的實施例，兩種類型的溝槽510a可被提供具有不同的垂直延伸。
[0076]臺面部分105可包括在背景雜質(zhì)濃度中的背景雜質(zhì)類型的雜質(zhì)。例如，臺面部分105可源于在背景雜質(zhì)濃度中通過外延摻雜(epitaxy dope)和原位摻雜(in_situ dope)生成的層。舉例說明，背景雜質(zhì)類型可以是η型，并且背景雜質(zhì)濃度可以是最多5X1014cm_3的低濃度，例如至多5xl012cm_3。
[0077]雜質(zhì)可選擇性地被引入臺面部分105的第二側(cè)壁中，其中第二側(cè)壁分別面向第二橫向側(cè)面。沒有雜質(zhì)或者僅很少雜質(zhì)被穿過溝槽510a的底部引進層部分108中，并且沒有雜質(zhì)或者僅很少雜質(zhì)在與第二橫向側(cè)面相對的第一橫向側(cè)面處被引進臺面部分105的第一側(cè)壁。
[0078]根據(jù)圖6A所示的實施例，第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)可以通過以等于或者大于tan(W/L)的注入角度α傾斜注入的方式被注入，其中注入角度α參照第一表面101垂直方向的法線被定義。在注入期間，臺面部分105遮蓋溝槽底部和第一側(cè)壁。
[0079]作為選擇，雜質(zhì)使用與推入(drive-1n)步驟結(jié)合的等離子沉積被引進，以提供垂直地同質(zhì)雜質(zhì)分布。在drive-1n步驟之前，在溝槽510a底部或者在第一側(cè)壁處的被注入?yún)^(qū)可被移除。作為選擇，在等離子沉積之前，可提供覆蓋溝槽底部和/或第一側(cè)壁并且暴露第二側(cè)壁的雜質(zhì)掩模。
[0080]根據(jù)另一個實施例，等離子沉積是受控的，以使在溝槽510a中雜質(zhì)源隨著距第一表面101的距離增加而耗盡，并且在溝槽底部之上完全耗盡。結(jié)果是隨著距第一表面101的距離增加，第二部分172中的雜質(zhì)濃度減少。替代等離子沉積，其他實施例可依靠例如從多晶娃的重?fù)诫s的犧牲層(sacrificial layer)向外擴散。
[0081]絕緣層可通過沉積或者熱生長(thermal growth)被提供。絕緣層沿溝槽510a排列。絕緣層的材料可以是半導(dǎo)體氧化物或者半導(dǎo)體氮化物，例如二氧化硅、氮氧化硅或者氮化硅。重?fù)诫s的多晶材料可以被沉積，填充沿著絕緣層排列的溝槽510a。溝槽510a中被沉積材料的部分形成提供柵電極Ga和場電極F的埋置電極515。
[0082]P型雜質(zhì)可穿過第一表面101被引入臺面部分105中，其中在面向第一表面101的臺面部分105的上部中，P型雜質(zhì)對通過傾斜注入被注入的雜質(zhì)進行逆向摻雜。η型雜質(zhì)可在臺面部分105的部分中使用雜質(zhì)掩模被引入，該臺面部分105直接鄰接具有柵電極Ga的被填充溝槽510a中的一些。絕緣包覆層220a可被沉積，并且接觸開口 315a可被蝕刻穿過絕緣包覆層220a至少進入包括源區(qū)110的臺面部分105中。
[0083]圖6B示出了從圖6A的溝槽510a中暴露的單元溝槽結(jié)構(gòu)510，其中單元溝槽結(jié)構(gòu)510中的一些包括柵電極Ga并且其他的單元溝槽結(jié)構(gòu)510包括與柵電極Ga電氣地分開的場電極F。源區(qū)110在第一橫向側(cè)面處形成。摻雜區(qū)170的重?fù)诫s的第二部分172在具有源區(qū)110的有源臺面部分105和沒有源區(qū)110的無源輔助臺面部分105兩者的第二橫向側(cè)面上形成。無源輔助臺面部分105中的次級摻雜區(qū)170b還可包括弱摻雜的第一部分171和重?fù)诫s的第二部分172。
[0084]圖6C涉及沒有場電極并且例如根據(jù)如圖6A和圖6B的方法制造的IGBT 500。每個單元溝槽結(jié)構(gòu)510包括柵電極Ga，并且每個臺面部分105是有源臺面部分，該有源臺面部分包括沿第一橫向側(cè)面形成的源區(qū)110以及具有與第一橫向側(cè)面間隔開并且沿著第二橫向側(cè)面形成的重?fù)诫s的第二部分172的摻雜區(qū)170。由于源區(qū)110和第二部分172在相對的側(cè)面上形成，第二部分172的雜質(zhì)濃度的波動并不影響局部閾值電壓，該閾值電壓由各臺面部分105中沿著第一橫向側(cè)面的在體區(qū)115和摻雜區(qū)170之間的pn結(jié)定義。
[0085]圖7A至圖7C涉及具有與包括柵電極Ga的共同的單元溝槽結(jié)構(gòu)510鏡像反轉(zhuǎn)(mirror-1nverted)布置的有源臺面部分105的實施例。如參考圖6A所描述的,溝槽510a在半導(dǎo)體層10a中形成。掩模層(例如，HDP氧化物、非晶硅、多晶硅或者碳)可被沉積以覆蓋第一表面101和溝槽510a、510b的開口，填充或者不填充溝槽510a、510b。掩模層可通過光刻蝕過程被圖案化以提供注入掩模710，該注入掩模710覆蓋被提供用于形成柵電極的第一溝槽510a的開口，并且暴露被提供用于形成場電極的第二溝槽510b的開口。第一注入以等于或者大于tan(W/L)的第一注入角度α執(zhí)行。
[0086]另一個實施例可在提供注入掩模710之前，提供對第一溝槽510a的暫時填充。例如，在沉積掩模層之前，第一溝槽和第二溝槽510a、510b兩者均被一種或者多種犧牲材料填充，該犧牲材料可以是或者可以包括絕緣材料、導(dǎo)電材料或者本征半導(dǎo)體材料。第二溝槽510b中的犧牲填充物在注入之前至少部分地被凹進，以及在第一溝槽510a中的犧牲填充物在注入之后至少部分地被凹進。
[0087]另一個實施例可在提供注入掩模710之前，提供對第一溝槽510a的最終填充。絕緣層可在溝槽蝕刻之后被提供。絕緣層沿溝槽510a、510b排列，并且可提供最終器件(finalized device)中的柵絕緣層。導(dǎo)電材料(比如多晶硅)被沉積并且被凹進，以填充溝槽510a、510b。導(dǎo)電材料可提供最終器件中的柵電極。在掩模層沉積和圖案化之后，注入掩模710覆蓋第一溝槽510a中的導(dǎo)電材料并暴露第二溝槽510b中的導(dǎo)電材料。在第一注入之前，使用注入掩模710作為蝕刻掩模的蝕刻過程可從第二溝槽510b中移除被提供用于形成場電極的導(dǎo)電材料。該蝕刻過程可使用絕緣層作為蝕刻停止層(etch stop)。
[0088]圖7A示出了覆蓋第一溝槽510a并且暴露第二溝槽510b的注入掩模710。第一溝槽510a可用注入掩模710的材料或者用提供了最終器件的柵絕緣層和柵電極的絕緣層材料和導(dǎo)電材料完全填充或者部分地填充。第一注入僅在面向被提供用于形成場電極的第二溝槽510b的臺面部分105的第二側(cè)壁處有效。
[0089]第二注入以等于或者大于tan (W/L)的并且與第一注入角度α相反的第二注入角度β執(zhí)行。
[0090]圖7Β示出了使用注入掩模710以β =-α的注入角度β執(zhí)行的第二注入。第二注入僅在面向第二溝槽510b的臺面部分105的第一側(cè)壁處有效。
[0091]圖7C示出了源于圖7A至圖7B所描述過程的IGBT 500。有源臺面部分105中的摻雜部分170中的重?fù)诫s的第二部分172和無源臺面部分105中的次級摻雜部分170b中的第二部分172直接鄰接包括場電極F的單元溝槽結(jié)構(gòu)510。重?fù)诫s的第二部分172不會沿著包括柵電極Ga的單元溝槽結(jié)構(gòu)510形成。
[0092]圖8A至圖8D涉及在距體區(qū)115和漂移區(qū)120兩者一定距離處，虛擬縮小具有摻雜區(qū)170的重?fù)诫s的第二部分172的臺面部分105的方法。
[0093]如參考圖6A所描述的，臨時溝槽510y被從第一表面101引入半導(dǎo)體襯底500a的半導(dǎo)體層10a中。該臨時溝槽510y具有小于最終器件中的單元溝槽結(jié)構(gòu)的垂直延伸L的垂直長度11。例如，該垂直延伸11可以大于0.25x L并且小于0.75x L。
[0094]圖8A示出了具有垂直延伸11的臨時溝槽51y。
[0095]η型雜質(zhì)通過垂直注入、通過氣相擴散、通過從高的η摻雜的犧牲層中向外擴散或者通過使用旋涂型摻雜物(spin-on dopant)被引進。在η型雜質(zhì)引進期間,注入掩?？筛采w臨時溝槽510y之外的第一表面101。作為選擇，在臨時溝槽510y之外的第一表面101中的引進的雜質(zhì)可被移除，例如通過蝕刻過程或者磨削過程(grinding process)被移除。
[0096]圖8B示出了類似穿過臨時溝槽510y的底部引進雜質(zhì)的實施例的垂直注入。
[0097]高溫過程可將注入的雜質(zhì)推入鄰接的半導(dǎo)體層10a的部分中。
[0098]圖8C示出了所產(chǎn)生的臨時雜質(zhì)區(qū)172y，其在半導(dǎo)體層10a的處于臨時溝槽510y之間的部分中橫向延伸。
[0099]臨時溝槽510y被進一步凹進。根據(jù)實施例，凹部可使臨時溝槽510y延伸直至最終器件中的單元溝槽結(jié)構(gòu)的垂直延伸。根據(jù)其他實施例，一個或者多個進一步注入可在臨時溝槽510y的不同深度處執(zhí)行。
[0100]圖8D示出了在穿過臨時溝槽510y的底部的注入中暴露的重?fù)诫s的第二部分172。該重?fù)诫s的第二部分172能在距第一表面101 —定距離處被提供，以使在體區(qū)115的區(qū)域中不發(fā)生逆向摻雜。另外，第二部分172可與漂移區(qū)120間隔開。
[0101]雖然本文中舉例說明和描述了特定的實施例，但在不脫離本發(fā)明的范圍情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可領(lǐng)會可替代所示和所描述的特定的實施例的各種替代的和/或等效的實現(xiàn)方式。本申請旨在涵蓋本文所討論的特定的實施例的任何改編或者變化。因此，本發(fā)明旨在僅由權(quán)利要求及其等同物限制。
【權(quán)利要求】
1.一種絕緣柵雙極型晶體管，包括: 臺面部分，其在兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)之間從半導(dǎo)體部分的第一表面延伸至所述半導(dǎo)體部分的層部分； 源區(qū)，其形成于所述臺面部分中并且電連接至發(fā)射極電極；以及 摻雜區(qū)，其通過互補的導(dǎo)電類型的體區(qū)與所述源區(qū)分開，所述摻雜區(qū)包括具有第一平均凈雜質(zhì)濃度的第一部分和具有超過至少十倍的所述第一平均凈雜質(zhì)濃度的第二平均凈雜質(zhì)濃度的第二部分，其中所述第一部分從所述體區(qū)延伸至所述層部分。
2.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少十倍的所述層部分中的漂移層的直接鄰接部分中的第三平均凈雜質(zhì)濃度。
3.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述漂移層的直接鄰接所述第一部分的部分中的第三平均凈雜質(zhì)濃度和所述第一平均凈雜質(zhì)濃度彼此偏差不超過10%。
4.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述摻雜區(qū)的所述第二部分直接鄰接所述體區(qū)。
5.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述摻雜區(qū)的所述第二部分與所述層部分間隔開。
6.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，進一步包括: 在所述兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)的第一單元溝槽結(jié)構(gòu)中的柵電極和在所述兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)的第二單元溝槽結(jié)構(gòu)中的場電極，其中 所述第二部分直接鄰接所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)，并且所述第一部分將所述第二部分與所述第一單元溝槽結(jié)構(gòu)分開。
7.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述源區(qū)直接鄰接所述兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)中的第一單元溝槽結(jié)構(gòu)，并且所述體區(qū)將所述源區(qū)與所述兩個單元溝槽結(jié)構(gòu)中的第二單元溝槽結(jié)構(gòu)分開。
8.如權(quán)利要求7所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述第二部分直接鄰接所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)，并且所述第一部分將所述第二部分與所述第一單元溝槽結(jié)構(gòu)分開。
9.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述摻雜區(qū)的所述第二部分與所述體區(qū)間隔開。
10.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述第二部分在至多50 %的所述摻雜區(qū)的垂直延伸之上延伸。
11.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述第二部分在至少50%的所述臺面部分的橫向臺面寬度之上延伸。
12.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述第二部分包括兩個被空間地分開的子部分，并且所述第一部分將所述第二部分的所述兩個子部分分開。
13.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述單元溝槽結(jié)構(gòu)中的第一單元溝槽結(jié)構(gòu)包括柵電極并且所述單元溝槽結(jié)構(gòu)中的第二單元溝槽結(jié)構(gòu)包括場電極， 所述臺面部分形成在所述第一單元溝槽結(jié)構(gòu)中的一個和所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)中的一個之間， 所述源區(qū)直接鄰接與所述臺面部分鄰接的所述第一單元溝槽結(jié)構(gòu)， 所述體區(qū)將所述源區(qū)與所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)分開，并且 所述摻雜區(qū)的所述第二部分直接鄰接所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 輔助臺面部分形成在成對的所述第二單元溝槽結(jié)構(gòu)之間，所述輔助臺面部分包括次級摻雜區(qū)和將所述次級摻雜區(qū)與所述第一表面分開的次級體區(qū)，所述次級摻雜區(qū)包括具有所述第一平均凈雜質(zhì)濃度的第一部分和具有所述第二平均凈雜質(zhì)濃度的第二部分，所述第一部分在所述次級體區(qū)和所述層部分中的漂移層之間延伸。
15.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其中 所述摻雜區(qū)的所述第二部分包括硫3原子和/或硒％原子。
16.一種制造絕緣柵雙極型晶體管的方法，所述方法包括: 提供從第一表面延伸至半導(dǎo)體部分中的層部分的溝槽， 向所述溝槽之間的臺面部分中引入雜質(zhì)， 從被引入的所述雜質(zhì)中形成通過體區(qū)與源區(qū)分開的摻雜區(qū)的第二部分，所述源區(qū)電連接至發(fā)射極電極，所述第二部分具有第二平均凈雜質(zhì)濃度，所述第二平均凈雜質(zhì)濃度超過至少十倍的所述摻雜區(qū)的第一部分中的第一平均凈雜質(zhì)濃度，其中所述第一部分分別從所述體區(qū)延伸至所述層部分。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中 引入所述雜質(zhì)的步驟包括以相對所述第一表面的法線的一個或者多個注入角度向所述臺面部分中注入所述雜質(zhì)，其中所述注入角度數(shù)大于，其中I是所述溝槽的寬度并且I是所述溝槽的垂直延伸。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中 引入所述雜質(zhì)的步驟包括等離子擴散過程，所述等離子擴散過程利用被控制以在所述溝槽的底部處被耗盡的雜質(zhì)源。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括: 在引入所述雜質(zhì)之前填充所述溝槽，所述溝槽包括第一溝槽和第二溝槽； 提供覆蓋被填充的所述第一溝槽并且暴露被填充的所述第二溝槽的注入掩模； 使用所述注入掩模作為蝕刻掩模，至少部分地凹進所述第二溝槽中的填充物；以及 通過使用所述注入掩模的注入引入所述雜質(zhì)。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中 提供所述溝槽的步驟包括提供臨時溝槽以及在所述臨時溝槽的底部中引進所述第一雜質(zhì)之后，凹進所述臨時溝槽以從凹進的所述臨時溝槽提供的所述溝槽。
【文檔編號】H01L29/423GK104465734SQ201410465273
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】J·G·拉文, A·菲利波, H-J·舒爾策, C·耶格, R·巴布斯克, A·維萊 申請人:英飛凌科技股份有限公司
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