本發(fā)明涉及功率電子學(xué)領(lǐng)域，以及更具體來(lái)說(shuō)涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1所述的用于制造絕緣柵功率半導(dǎo)體裝置的方法或者涉及同樣根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求8的導(dǎo)言所述的裝置。

背景技術(shù)：

圖1中示出如從ep0795911a2已知的現(xiàn)有技術(shù)絕緣柵雙極晶體管(igbt)。現(xiàn)有技術(shù)裝置包括有源單元，其中不同導(dǎo)電類(lèi)型的層按照下列順序處于發(fā)射極側(cè)22上的發(fā)射極電極2和與發(fā)射極側(cè)22相對(duì)的集電極側(cè)27上的集電極電極25之間：(n+)摻雜源極層3、p摻雜基極層4(其接觸發(fā)射極電極25)、n摻雜增強(qiáng)層95、(n-)摻雜漂移層5、(n+)摻雜緩沖層55和p摻雜集電極層6。

溝槽柵電極7布置在發(fā)射極側(cè)22上，發(fā)射極側(cè)22包括柵極層70和第一電絕緣層72，其包圍并且因而將柵極層70與漂移層5、基極層4和源極層3分隔。第二絕緣層74布置在柵極層70與發(fā)射極電極2之間。溝槽柵電極7從發(fā)射極側(cè)22一直延伸到布置了溝槽底部76的溝槽深度77，其具有從溝槽底部76延伸到發(fā)射極側(cè)22的溝槽橫向側(cè)75。p摻雜第一保護(hù)枕（pillow）8覆蓋溝槽底部76。

如在ep0795911a2中所述，通過(guò)首先植入（implant）并且擴(kuò)散n摻雜劑以用于創(chuàng)建增強(qiáng)層95來(lái)創(chuàng)建現(xiàn)有技術(shù)裝置。增強(qiáng)層95具有比漂移層5要高的摻雜濃度。然后，植入并且擴(kuò)散p摻雜劑以用于創(chuàng)建p摻雜基極層4。然后通過(guò)使用抗蝕劑掩模植入并且擴(kuò)散n摻雜劑來(lái)創(chuàng)建n+源極層3。隨后，在源極層3之上以及部分在基極層4之上施加氧化膜以用于蝕刻溝槽柵電極7的開(kāi)口，其在深度方向上向下延伸到漂移層5。這時(shí)在溝槽底部中植入p摻雜劑。然后，蝕刻掉（etchaway）氧化膜，以及在溝槽表面上形成熱氧化膜(用于形成絕緣層72)，其然后填充有摻雜由n雜質(zhì)的多晶硅以用于創(chuàng)建導(dǎo)電柵極層70。多晶硅深蝕刻到溝槽的開(kāi)口，從而使多晶硅埋入溝槽中。然后表面通過(guò)第二絕緣層74來(lái)覆蓋，第二絕緣層74然后通過(guò)作為另一個(gè)掩模的抗蝕劑層來(lái)覆蓋，抗蝕劑層覆蓋除了小開(kāi)放區(qū)以外的源極區(qū)域3、溝槽之上的區(qū)域，小開(kāi)放區(qū)位于與基極層4(其也未覆蓋)緊鄰。然后在未覆蓋抗蝕劑掩模區(qū)蝕刻掉第二絕緣層74，因而將第二絕緣層74保持在柵極層70以及源極層3的相鄰部分之上。然后，在第二絕緣層74的未覆蓋區(qū)上施加alsi，通過(guò)所述alsi層（其形成發(fā)射極電極2），基極層4和源極層3短接。

n型增強(qiáng)層95改進(jìn)pin效應(yīng)，增加等離子體濃度，并且降低通態(tài)損耗。但是，具有高摻雜增強(qiáng)層95的這種現(xiàn)有技術(shù)裝置將遭受與標(biāo)準(zhǔn)溝槽igbt相比更壞的soa和擊穿電壓。當(dāng)有源單元附近的載流子濃度通過(guò)這種增強(qiáng)層95來(lái)增強(qiáng)時(shí)，具有這種增強(qiáng)層95的igbt由于更高安全操作區(qū)(soa)和更低通態(tài)損耗而與沒(méi)有增強(qiáng)層的現(xiàn)有技術(shù)igbt相比是優(yōu)良的。

但是，在n增強(qiáng)/p-基極結(jié)95、4處的電場(chǎng)也增加。因此，實(shí)際增強(qiáng)層摻雜濃度限制到小于的值，以防止過(guò)度電場(chǎng)并且因此防止阻斷性能和關(guān)斷soa的降級(jí)。如圖3所示，通態(tài)電壓vce,on對(duì)于更高摻雜濃度有利地降低。這意味著對(duì)于擊穿電壓，增強(qiáng)層的摻雜濃度越低則越好，而對(duì)于通態(tài)電壓則反之亦然，其中摻雜濃度的上限在擊穿電壓崩潰的點(diǎn)處。

增強(qiáng)層允許通態(tài)(vce,on)的顯著降低，并且其益處對(duì)增強(qiáng)層95的更大摻雜濃度(nd,enh)甚至更重要。但是，增強(qiáng)摻雜濃度越大，則igbt能夠維持的擊穿電壓(vbd)越低。

圖4示出不同現(xiàn)有技術(shù)裝置的數(shù)據(jù)。裝置1是溝槽igbt，其具有增強(qiáng)層95中的的最大摻雜濃度而沒(méi)有第一保護(hù)枕。裝置2通過(guò)具有第一p摻雜保護(hù)枕8而與裝置1不同。裝置3是溝槽igbt，其具有增強(qiáng)層95中的的最大摻雜濃度而沒(méi)有第一保護(hù)枕，以及裝置4通過(guò)具有第一p摻雜保護(hù)枕8而與裝置3的不同。在其中提到裝置1-4的所有附圖中，裝置將是具有上述特征的裝置。

造成igbt裝置的有害降級(jí)的原因的碰撞電離效應(yīng)通常在溝槽底部處發(fā)生。但是，在具有增加的增強(qiáng)摻雜濃度(大于)的裝置中，雪崩生成在p主體與n增強(qiáng)區(qū)域之間的界面處發(fā)生。為了能夠利用高摻雜增強(qiáng)層的通態(tài)益處，在沒(méi)有遭受降低rbsoa能力的缺點(diǎn)的情況下，在ep0795911a2中引入第一p摻雜保護(hù)枕8。第一保護(hù)枕8降低溝槽底部的高電場(chǎng)(其因增強(qiáng)層95的引入而創(chuàng)建)，使得改進(jìn)反向阻斷soa和擊穿電壓vbd。這在圖4中示出，其中具有第一保護(hù)枕8的兩種裝置均具有改進(jìn)vbd但更壞的vce,on。然而，在溝槽底部處的p摻雜第一保護(hù)枕的引入改進(jìn)裝置健壯性，能夠推遲擊穿機(jī)制的發(fā)生（onset），但是不能夠充分彌補(bǔ)溝槽igbt裝置的固有弱點(diǎn)，其中碰撞電離通過(guò)增加的增強(qiáng)摻雜濃度來(lái)引起。

情況是這樣，因?yàn)閷?duì)于具有更大增強(qiáng)摻雜濃度水平的裝置，當(dāng)滿(mǎn)足擊穿條件時(shí)，雪崩生成仍然在n增強(qiáng)/p基極層邊界處發(fā)生，其中相關(guān)量的所生成的載流子在硅/柵極氧化物(第一絕緣層72)界面附近。這潛在地轉(zhuǎn)變?yōu)椴幌Ｍ娜秉c(diǎn)，例如具有隨后閾值電壓不穩(wěn)定性的柵極氧化物中的熱載流子注入。最后，這個(gè)裝置還示出降級(jí)的動(dòng)態(tài)雪崩健壯性，并且這個(gè)現(xiàn)象在如圖5所示的硬切換條件下甚至更為加劇。

將第一保護(hù)枕引入到具有增加的最大摻雜濃度(即，高于2.5或)的增強(qiáng)層的現(xiàn)有技術(shù)裝置引起對(duì)擊穿電壓的大改進(jìn)，但是這個(gè)值與對(duì)于沒(méi)有第一保護(hù)枕的裝置相比仍然保持為更低和更低增強(qiáng)摻雜濃度(即，低于)。

p第一保護(hù)枕以增加的通態(tài)為代價(jià)改進(jìn)擊穿健壯性。但是，在增強(qiáng)/溝道界面處的雪崩生成的弱點(diǎn)存在于具有增加的nd,enh的現(xiàn)有裝置4中。(圖5)。現(xiàn)有技術(shù)溝槽igbt的硬切換關(guān)斷行為(圖中的虛線(xiàn))和具有增強(qiáng)層和p+第一保護(hù)枕8中的增加的最大摻雜濃度的溝槽(圖中的交替虛線(xiàn)/點(diǎn)線(xiàn))在圖5中示出。裝置4遭受較大動(dòng)態(tài)雪崩，如從硬切換條件下的曲線(xiàn)的較大彎曲趨勢(shì)所示。

jp2010232627a涉及用于創(chuàng)建溝槽igbt的方法。首先，溝槽蝕刻到襯底中，其然后填充有作為n摻雜劑的砷外延層。執(zhí)行熱處理，由此創(chuàng)建擴(kuò)散外延層，其在深度方向上沿溝槽的橫向側(cè)具有恒定摻雜濃度。然后，溝槽深度被增加，并且在加深的溝槽底部植入并且擴(kuò)散硼。

us2011/233728a1描述igbt的制造方法，其中溝槽凹槽蝕刻到漂移層中，在底部處植入并且擴(kuò)散n摻雜劑，以形成作為一個(gè)n摻雜劑層的毗連層。然后，在同一溝槽凹槽中植入p摻雜劑，以便在溝槽底部處形成保護(hù)區(qū)域，其嵌入增強(qiáng)層中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種功率半導(dǎo)體裝置，其與現(xiàn)有技術(shù)裝置相比同時(shí)具有低通態(tài)損耗和高擊穿電壓。

這個(gè)目的通過(guò)提供發(fā)明功率半導(dǎo)體裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，功率半導(dǎo)體裝置包括：

-發(fā)射極側(cè)上的發(fā)射極電極和集電極側(cè)上的集電極電極，所述集電極側(cè)布置成與發(fā)射極側(cè)相對(duì)，

-第一導(dǎo)電類(lèi)型的漂移層，其布置在發(fā)射極側(cè)與集電極側(cè)之間，

-第二導(dǎo)電類(lèi)型的基極層，所述第二導(dǎo)電類(lèi)型與第一導(dǎo)電類(lèi)型不同，所述基極層布置在漂移層與發(fā)射極側(cè)之間，并且所述基極層接觸發(fā)射極電極，

-源極層，其布置在發(fā)射極側(cè)，發(fā)射極側(cè)通過(guò)基極層與漂移層分隔，并且接觸發(fā)射極電極，

-溝槽柵電極，其包括導(dǎo)電柵極層和第一電絕緣層(其包圍并且因而將柵極層與漂移層、基極層和源極層分隔)，所述溝槽柵電極具有溝槽底部和溝槽橫向側(cè)，并且所述溝槽柵電極從發(fā)射極側(cè)一直延伸到溝槽深度，

-第二導(dǎo)電類(lèi)型的第一保護(hù)枕，其覆蓋溝槽底部，

-具有比漂移層要高的摻雜濃度的第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二保護(hù)枕，其在溝槽橫向側(cè)處環(huán)繞溝槽柵電極，并且所述第二保護(hù)枕在第一深度(其是溝槽深度的至少一半)中具有最大摻雜濃度，其中第二保護(hù)枕的摻雜濃度朝發(fā)射極側(cè)從最大摻雜濃度降低到不超過(guò)第二保護(hù)枕的最大摻雜濃度的一半的值，以及

-具有比漂移層要高的摻雜濃度的第一導(dǎo)電類(lèi)型的增強(qiáng)層，其將基極層與漂移層分隔，其中增強(qiáng)層在第二深度(其低于第一深度)中具有最大摻雜濃度，并且其中摻雜濃度在第二深度與第一深度之間具有局部摻雜濃度最小數(shù)。

n摻雜第二保護(hù)枕充當(dāng)一種增強(qiáng)層，并且提供沒(méi)有柵極氧化物(第一絕緣層)中的過(guò)早雪崩生成和熱載流子注入的缺點(diǎn)的等離子體增強(qiáng)的益處，因?yàn)樗軌蛟诰哂性鰪?qiáng)層中的增加的摻雜濃度的裝置中發(fā)生。p摻雜第一保護(hù)枕的作用是要保護(hù)第二保護(hù)枕免于入局電場(chǎng)，由此延遲碰撞電離的發(fā)生并且以這種方式增加裝置的健壯性。

發(fā)明半導(dǎo)體裝置能夠?qū)⒏屯☉B(tài)、增加的rbsoa和柵極氧化物(第一絕緣層)中的熱載流子注入的降低風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)組合在一起。由于在增強(qiáng)層/溝道界面處的溝道柵極氧化物中的熱載流子注入的降低風(fēng)險(xiǎn)，改進(jìn)裝置可靠性。

此外，等離子體濃度可在發(fā)明裝置中增加，這意味著降低的通態(tài)損耗，而沒(méi)有具有增加的摻雜濃度（這意味著更低擊穿電壓）的增強(qiáng)層的缺點(diǎn)。如圖6所示，通態(tài)電壓vce,on對(duì)于相同的擊穿電壓可降低大約10%。

如圖6所示，與現(xiàn)有技術(shù)裝置相比，發(fā)明裝置能夠在沒(méi)有任何通態(tài)損耗的情況下，即，甚至在對(duì)通態(tài)損耗的改進(jìn)(即，更低vce,on)的情況下組合針對(duì)擊穿雪崩的增加的健壯性的優(yōu)點(diǎn)。通態(tài)損耗的更加積極的降低還可以以擊穿電壓的略微降低來(lái)實(shí)現(xiàn)。

而且在這種情況下，雪崩擊穿機(jī)制仍然在溝槽底部處而不在敏感（touchy）增強(qiáng)/基極層界面處發(fā)生，因?yàn)樗诰哂性黾拥脑鰪?qiáng)摻雜濃度的裝置中發(fā)生。因此，由于在p-基極層區(qū)附近的柵極氧化物區(qū)域中沒(méi)有熱電子注入，沒(méi)有閾值電壓降級(jí)在發(fā)明裝置中發(fā)生。

此外，由于第一保護(hù)枕的引入，rbsoa在發(fā)明裝置中增加。擴(kuò)大的rbsoa能力和針對(duì)動(dòng)態(tài)雪崩的改進(jìn)的健壯性也在圖7中示出。圖8中，層的摻雜濃度示為沿圖2的線(xiàn)a-a在深度方向(與發(fā)射極側(cè)22垂直的方向)上的摻雜分布（profile）。連續(xù)線(xiàn)示出施體nd-na(n摻雜)的凈摻雜濃度，以及點(diǎn)線(xiàn)示出受體na-nd的凈摻雜濃度。

圖9示出這種深度(其中第二保護(hù)枕9對(duì)于具有多個(gè)溝槽柵電極7以及多個(gè)第一和第二保護(hù)枕8、9的裝置具有其最大摻雜濃度(沿圖2的線(xiàn)條b--b))中在與發(fā)射極側(cè)22平行的方向上的摻雜濃度。這個(gè)圖示出兩個(gè)相鄰第二保護(hù)枕9可重疊，使得在與發(fā)射極側(cè)22平行的方向上的第二保護(hù)枕9的摻雜濃度下降到局部最小摻雜濃度(其對(duì)重疊第二保護(hù)枕9仍然高于漂移層5的摻雜濃度)，其中局部最小摻雜濃度位于兩個(gè)相鄰溝槽柵電極7之間的中點(diǎn)。

圖10示出這種深度(其中布置第一保護(hù)枕，并且其中溝槽柵電極7(沿圖2的線(xiàn)c--c)對(duì)于具有多個(gè)溝槽柵電極7以及多個(gè)第一和第二保護(hù)枕8、9的裝置)中在與發(fā)射極側(cè)22平行的方向上的摻雜濃度。這個(gè)圖示出兩個(gè)相鄰第二保護(hù)枕9可重疊，使得在與發(fā)射極側(cè)22平行的方向上的第二保護(hù)枕9的摻雜濃度下降到局部最小摻雜濃度(其對(duì)重疊第二保護(hù)枕9仍然高于漂移層5的摻雜濃度)，其中局部最小摻雜濃度位于兩個(gè)相鄰溝槽柵電極7之間的中點(diǎn)。

此外，發(fā)明裝置具有集電極-發(fā)射極電壓vce以與沒(méi)有第一保護(hù)枕的現(xiàn)有技術(shù)裝置相同的斜率上升的優(yōu)點(diǎn)。

更具體來(lái)說(shuō)，圖7示出對(duì)于1.8kv裝置在標(biāo)稱(chēng)條件中的溝槽igbt裝置的關(guān)斷切換期間的雪崩生成的最大值。而且從這個(gè)角度看，如果與沒(méi)有第一保護(hù)枕的現(xiàn)有技術(shù)3.3kv溝槽igbt相比，則發(fā)明裝置通過(guò)消除電壓過(guò)沖期間所記錄的雪崩生成的峰值來(lái)示出顯著優(yōu)點(diǎn)。而且，具有增加的最大摻雜濃度和第一保護(hù)枕的現(xiàn)有技術(shù)裝置示出比發(fā)明裝置要高許多的雪崩生成。

采用該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)通態(tài)的更加積極的降低，而沒(méi)有在增強(qiáng)/溝道界面(圖7)處的雪崩生成的任何風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗悄軌蛟诰哂性黾拥脑鰪?qiáng)摻雜的裝置中發(fā)生。

附圖說(shuō)明

下文中將參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的主題，附圖包括：

圖1示出帶有具有增強(qiáng)層和第一保護(hù)枕的溝槽柵電極的現(xiàn)有技術(shù)絕緣柵半導(dǎo)體裝置；

圖2示出帶有具有第一和第二保護(hù)枕連同增強(qiáng)層的溝槽柵電極的發(fā)明絕緣柵半導(dǎo)體裝置；

圖3示出與增強(qiáng)層的最大摻雜濃度相關(guān)的具有增強(qiáng)層的現(xiàn)有技術(shù)裝置的擊穿電壓vbd與集電極-發(fā)射極電壓vce,on；

圖4示出不同現(xiàn)有技術(shù)裝置的擊穿電壓vbd與集電極-發(fā)射極電壓vce,on；

圖5示出具有以的最大摻雜濃度(虛線(xiàn))的增強(qiáng)層的不同現(xiàn)有技術(shù)裝置以及具有的最大增強(qiáng)摻雜濃度連同第一保護(hù)枕(交替虛線(xiàn)/點(diǎn)線(xiàn))的裝置和具有以如圖8至圖10所示的摻雜濃度的增強(qiáng)層以及第一和第二保護(hù)枕的發(fā)明裝置的vce,on與時(shí)間；

圖6示出現(xiàn)有技術(shù)裝置和發(fā)明裝置的擊穿電壓vbd與集電極-發(fā)射極電壓vce,on；

圖7示出vce和最大雪崩生成與時(shí)間；

圖8示出沿圖2的線(xiàn)a--a的發(fā)明裝置的摻雜濃度剖面；

圖9示出沿圖2的線(xiàn)b--b的發(fā)明裝置的摻雜濃度剖面；

圖10示出沿圖2的線(xiàn)c--c的發(fā)明裝置的摻雜濃度剖面；

圖11示出沒(méi)有增強(qiáng)層的發(fā)明igbt；

圖12示出發(fā)明反向傳導(dǎo)igbt；

圖13示出發(fā)明mosfet；

圖14至圖20示出發(fā)明裝置的制造的不同制造步驟。

在參考符號(hào)列表中概括附圖中使用的參考符號(hào)及其含意。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)相似或者相似機(jī)能的部件給予相同參考符號(hào)。所述實(shí)施例意味著作為示例而不是限制本發(fā)明。

具體實(shí)施方式

圖2中，示出采取絕緣柵雙極晶體管1的形式的發(fā)明絕緣柵功率半導(dǎo)體裝置，其包括發(fā)射極側(cè)22上的發(fā)射極電極2和集電極側(cè)27上的集電極電極25，所述集電極側(cè)27布置成與發(fā)射極側(cè)22相對(duì)。(n-)摻雜漂移層5布置在發(fā)射極側(cè)22與集電極側(cè)27之間。p摻雜基極層4布置在漂移層5與發(fā)射極側(cè)22之間。基極層4接觸發(fā)射極電極2。至少一個(gè)n摻雜源極層3布置在發(fā)射極側(cè)22上。源極層3(其通過(guò)基極層4與漂移層5分隔)接觸發(fā)射極電極2。源極層3可被布置，使得源極層3布置在每個(gè)柵電極7的兩側(cè)處。

該裝置包括：至少一個(gè)溝槽柵電極7，其具有導(dǎo)電柵極層70；以及第一電絕緣層72，其包圍并且因而將柵極層70與漂移層5、基極層4和源極層3分隔。示范地，第二絕緣層74布置在柵極層70與發(fā)射極電極2之間，并且將這些電極70、2彼此絕緣。溝槽柵電極7從發(fā)射極側(cè)22延伸到漂移層5。它在與發(fā)射極側(cè)22平行的平面中布置成橫向于基極層4。溝槽柵電極具有與發(fā)射極側(cè)22相對(duì)側(cè)上的溝槽底部76以及溝槽底部76與發(fā)射極側(cè)22之間的溝槽橫向側(cè)，其示范地與發(fā)射極側(cè)22垂直。溝槽柵電極7從發(fā)射極側(cè)22一直延伸到溝槽深度77。在示范實(shí)施例中，溝槽深度77在5至9μm之間的深度，示范地在6至8μm之間。

在集電極側(cè)27上，布置p摻雜集電極層6。具有比漂移層5要高的摻雜濃度的n摻雜緩沖層55可布置在漂移層5與集電極層6之間。

在溝槽底部76處，采取第一保護(hù)枕8的形式的第一p摻雜保護(hù)層被布置，使得它覆蓋溝槽底部76。那意味著溝槽底部76通過(guò)第一保護(hù)枕9與漂移層5分隔。而且，溝槽底部76與溝槽橫向側(cè)75之間的邊緣可通過(guò)第一保護(hù)枕8來(lái)覆蓋。第一保護(hù)枕8具有比漂移層5要高的最大摻雜濃度。它還可具有比下面所公開(kāi)的第二保護(hù)枕9要高的最大摻雜濃度。第一保護(hù)枕8在深度方向上接觸到低摻雜漂移層5。

采取具有比漂移層5要高的摻雜濃度的第二保護(hù)枕9的形式的n摻雜第二保護(hù)層在與發(fā)射極側(cè)22平行的平面中、即在溝槽橫向側(cè)75處環(huán)繞溝槽柵電極7。由此，第二保護(hù)枕9在與發(fā)射極側(cè)22平行的平面中覆蓋溝槽橫向側(cè)75。因此，第二保護(hù)枕9如同圍繞溝槽柵電極7的閉合環(huán)布置成緊貼(接觸)溝槽柵電極7的橫向側(cè)75，但是還有可能的是，第二保護(hù)枕9覆蓋整個(gè)溝槽橫向側(cè)75，即，第二保護(hù)枕9包裹橫向側(cè)75。

第二保護(hù)枕9在第一深度90(其是溝槽深度77的至少一半)中具有最大摻雜濃度。朝發(fā)射極側(cè)22的方向，第二保護(hù)枕9的摻雜濃度從最大摻雜濃度降低到不超過(guò)第二保護(hù)枕9的最大摻雜濃度的一半的值。

在示范實(shí)施例中，發(fā)明裝置可具有p摻雜基極層4，其與漂移層5(圖11)直接接觸。備選地，具有比漂移層5要高的摻雜濃度的n摻雜增強(qiáng)層95可布置在p摻雜基極層4之下，使得增強(qiáng)層95將基極層4與漂移層5分隔。增強(qiáng)層95可具有最大摻雜濃度，其低于或者低于cm^-3或者低于。增強(qiáng)層95可具有漂移層5的(最大)摻雜濃度的至少20倍的最大摻雜濃度。增強(qiáng)層95可具有小于3μm、示范地小于2μm或者小于1.5μm的厚度。

圖2所示并且用于其他圖表的裝置對(duì)于第一保護(hù)枕8具有的最大摻雜濃度，對(duì)于第二保護(hù)枕9具有的最大摻雜濃度，以及對(duì)于增強(qiáng)層95具有的最大摻雜濃度。

示范地，增強(qiáng)層95的最大摻雜濃度可與第二保護(hù)枕9的最大摻雜濃度相同。因此，增強(qiáng)層95和第二保護(hù)枕9能夠通過(guò)在兩個(gè)層之間的深度方向上的摻雜濃度中的局部最小數(shù)來(lái)區(qū)分，所述摻雜濃度從朝發(fā)射極側(cè)22的局部最小數(shù)上升到增強(qiáng)層95的最大摻雜濃度以及更深入地上升到第二保護(hù)枕9的最大摻雜濃度。

因此，增強(qiáng)層8和第二保護(hù)枕9可通過(guò)在這些層之間的深度方向(即，與發(fā)射極側(cè)22垂直的方向)上的局部n摻雜濃度最小數(shù)的深度來(lái)區(qū)分。局部摻雜濃度最小數(shù)比增強(qiáng)層95和第二保護(hù)枕9的兩個(gè)摻雜濃度最大數(shù)都要低。示范地，這個(gè)局部最小摻雜濃度最多是第二保護(hù)枕9的最大摻雜濃度的一半。在示范實(shí)施例中，局部最小摻雜濃度不超過(guò)增強(qiáng)層95的最大摻雜濃度的一半或者不超過(guò)增強(qiáng)層95和第二保護(hù)枕9的最大摻雜濃度的更低值的一半。

在另一個(gè)示范實(shí)施例中，第二保護(hù)枕9的最大摻雜濃度比增強(qiáng)層95的最大摻雜濃度要高例如至少2或2.5倍。

源極層3的摻雜濃度比基極層4要高。源極層3的示范摻雜濃度高于但小于，示范地在與之間。

基極層4和漂移層5的摻雜濃度因上面給予的摻雜濃度的規(guī)則和應(yīng)用需要而能夠自由選擇。示范地，漂移層5具有恒定低摻雜濃度。在其中，漂移層5的基本上恒定的摻雜濃度意味著摻雜濃度在整個(gè)漂移層5是基本上同質(zhì)的，但是沒(méi)有排除大約為一至五倍的漂移層5內(nèi)的摻雜濃度中的波動(dòng)因制造原因而也許可能存在。因應(yīng)用需要而選擇最終漂移層厚度和摻雜濃度。對(duì)于高于600v的裝置，漂移層的摻雜濃度示范地低于。對(duì)于功率裝置(高于600v的電壓)，漂移層5的示范摻雜濃度在與之間。

如上所述的結(jié)構(gòu)形成有源單元。igbt裝置可以包括僅如上面所公開(kāi)的一個(gè)有源單元，但是還有可能的是，該裝置包括至少兩個(gè)或更多這類(lèi)有源單元，即，有源單元能夠在一個(gè)襯底中重復(fù)布置。

柵電極7可具有像條設(shè)計(jì)的不同設(shè)計(jì)，即，在與發(fā)射極側(cè)22平行的平面中具有短邊以及與短邊垂直的長(zhǎng)邊。源極層3沿柵電極7的長(zhǎng)邊布置。溝槽柵電極7的其他設(shè)計(jì)也是可能的，如方形設(shè)計(jì)、圓形設(shè)計(jì)、環(huán)形設(shè)計(jì)、六邊形設(shè)計(jì)等。該裝置可具有一個(gè)溝槽柵電極7，或者它可包括多個(gè)柵電極7(即，兩個(gè)或更多)。示范地，在后一種情況下，柵電極7按照規(guī)則幾何設(shè)計(jì)布置。

發(fā)明保護(hù)枕結(jié)構(gòu)8、9能夠集成到不同半導(dǎo)體裝置類(lèi)型中。圖2中，示出igbt中的發(fā)明保護(hù)枕8、9的集成。發(fā)明保護(hù)枕8、9能夠集成到igbt變體、如反向傳導(dǎo)igbt(圖12)中，其中在集電極側(cè)27上放置集電極層6，以及在集電極層6橫向的相同平面中布置n摻雜層。因此，n摻雜層與集電極層6交替。這類(lèi)裝置是本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員眾所周知的。緩沖層55可存在于發(fā)明裝置中，使得該裝置是穿通裝置，但是備選地，發(fā)明裝置可被設(shè)計(jì)，使得低摻雜漂移層5鄰接集電極層6，而在其之間沒(méi)有更高的n摻雜層。

此外，這類(lèi)發(fā)明保護(hù)枕8、9還能夠應(yīng)用于mosfet(圖13)，其中n摻雜層55(其對(duì)于mosfet又可稱(chēng)作漏極層)鄰接集電極電極25。

為了制造發(fā)明絕緣柵功率半導(dǎo)體裝置，執(zhí)行下列步驟以用于發(fā)射極側(cè)22上的層的創(chuàng)建。

在步驟(a)中，提供具有第一側(cè)23以及與第一側(cè)23相對(duì)的第二側(cè)28的(n-)摻雜襯底10(圖14)。襯底10可基于硅來(lái)制成。最終裝置中具有未修正摻雜濃度的襯底的這種部分形成漂移層5。第一側(cè)23形成最終裝置中的發(fā)射極側(cè)22，以及第二側(cè)28形成集電極側(cè)27。

如圖15中所示，在步驟(b)中，在第一側(cè)23上，凹槽80在襯底10中一直形成到第一深度90(其是溝槽深度(77)的至少一半)，其中凹槽80具有與第一側(cè)23垂直的橫向側(cè)83以及與第一側(cè)23平行的第一底部84。

在步驟(c)中，在第一側(cè)23上植入n摻雜劑，使得n摻雜劑施加在凹槽80的底部84處(圖16)。然后，在步驟(d)中，執(zhí)行加熱步驟，通過(guò)該步驟，將n摻雜劑擴(kuò)散到襯底10中(圖17)。創(chuàng)建摻雜剖面，其朝第一側(cè)23從最大摻雜濃度(在第一深度90處)降低到不超過(guò)最大摻雜濃度的一半的值。當(dāng)然，摻雜剖面還朝第二側(cè)28降低。

然后，如圖18中所示，在步驟(e)中，凹槽通過(guò)進(jìn)一步去除凹槽80中的材料來(lái)加深，使得凹槽的深度一直增加到溝槽深度77。在凹槽的加深之后，凹槽具有第二底部85，其中凹槽的橫向側(cè)83形成溝槽橫向側(cè)75，以及第二底部85形成溝槽底部76。n摻雜劑已擴(kuò)散到其中的剩余區(qū)域形成第二保護(hù)枕9。

在步驟(f)中，p摻雜劑在步驟(e)之后在第二底部85處植入(圖19)。在步驟(g)中，第一保護(hù)枕8通過(guò)擴(kuò)散p摻雜劑來(lái)形成，使得第一保護(hù)枕8覆蓋第二底部85(圖20)，并且示范地還覆蓋溝槽底部76與溝槽橫向側(cè)75之間的溝槽的邊緣。

在另外的步驟(h)中，p摻雜基極層4和n摻雜源極層3(具有比漂移層5要高的摻雜濃度)在第一側(cè)23上形成。為了形成基極層4，p摻雜劑施加在第一側(cè)23上。p摻雜劑擴(kuò)散到襯底10中。然后，n型摻雜劑植入到襯底10中在第一側(cè)23上，并且被退火以用于創(chuàng)建源極層3。然后，可執(zhí)行蝕刻步驟，通過(guò)其，在兩個(gè)柵電極7之間的中心區(qū)域中，去除材料到其中基極層4的p摻雜劑占優(yōu)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)從發(fā)射極電極2到基極層4的接觸的深度。

這個(gè)步驟可在步驟(g)之后、即在創(chuàng)建了第一和第二保護(hù)枕9、95之后執(zhí)行，但是也有可能在任何其他適當(dāng)制造步驟、例如在創(chuàng)建步驟(b)中的凹槽之前創(chuàng)建基極和/或源極層4、3。

另外，形成n摻雜增強(qiáng)層95，其在最終裝置中將基極層4與漂移層5分隔(步驟(k))。為了形成增強(qiáng)層95，n摻雜劑施加在第一側(cè)23上。n摻雜劑擴(kuò)散到襯底10中。增強(qiáng)層95可在形成基極層4之前形成，或者它還可與基極層4同時(shí)或者稍后形成(例如通過(guò)使用比p摻雜劑更快擴(kuò)散的n摻雜劑)。示范地，增強(qiáng)層95形成為毗連層。增強(qiáng)層95直接布置在基極層4之下，使得它將基極層4與漂移層5分隔。增強(qiáng)層95的最大摻雜濃度布置在第二深度97(其低于第一深度90)中。在第二深度97與第一深度90之間，n摻雜濃度具有局部摻雜濃度最小數(shù)。那意味著在第一與第二深度90、97之間存在局部摻雜濃度最小數(shù)，其低于增強(qiáng)層95和第二保護(hù)枕9的最大摻雜濃度。

如圖8所示，增強(qiáng)層95在第二深度97(其比第一深度90更靠近發(fā)射極側(cè)22)(其中第二保護(hù)枕9具有其最大摻雜濃度)中具有其最大摻雜濃度。因此，在深度方向(在從發(fā)射極側(cè)22朝集電極側(cè)27的方向上)上的n摻雜劑的摻雜濃度在接近于（closebelow）基極層4的第二深度97中具有最大數(shù)，其然后在深度方向上降低到局部最小深度92中的局部最小數(shù)，并且在第一深度90中再次上升到第二保護(hù)枕9的最大摻雜濃度。在甚至更大的深度中是第一保護(hù)枕8的最大摻雜濃度。

從溝槽柵電極7的橫向看、即在與發(fā)射極側(cè)22的平面中，增強(qiáng)層95的摻雜濃度因通過(guò)在發(fā)射極側(cè)22上施加、例如植入摻雜劑來(lái)創(chuàng)建增強(qiáng)層95而示范地是恒定的，而第二保護(hù)枕在溝槽柵電極7處具有摻雜濃度最大數(shù)，其因溝槽凹槽80中施加的n摻雜劑而降低到橫向側(cè)，以及通過(guò)擴(kuò)散，n摻雜濃度隨著離n摻雜劑源極的增加距離而降低。

在步驟(i)中，第一電絕緣柵極層70在步驟(e)之后在凹槽80中形成。凹槽80然后填充有導(dǎo)電材料，由此形成柵極層70，使得電絕緣柵極層70將柵極層70與漂移層5、基極層4和源極層3分隔。因此，形成溝槽柵電極7，其包括柵極層70和第一絕緣層72，其中溝槽柵電極7在與發(fā)射極側(cè)22平行的平面中布置成橫向于基極層4。溝槽柵電極7具有溝槽底部76和溝槽橫向側(cè)75，其中對(duì)于圓形溝槽，圓形側(cè)在本專(zhuān)利申請(qǐng)的意義上將被看作是橫向側(cè)75。這個(gè)步驟i)可在步驟(f)或(g)之前或之后執(zhí)行。還有可能僅部分創(chuàng)建柵電極（即，形成第一絕緣層70(例如采取氧化層形式)，以及然后執(zhí)行用于創(chuàng)建第二保護(hù)枕的步驟(步驟(f)和/或(g))，并且然后創(chuàng)建柵極層70。那意味著步驟(i)能夠分離為兩個(gè)步驟，其中另一個(gè)制造步驟(步驟(f)和/或(g))在第一絕緣層80和柵極層70的創(chuàng)建之間執(zhí)行。

然后，發(fā)射極電極2在第一側(cè)23(其接觸基極層4和源極層3)上形成。在第二側(cè)28上，形成集電極電極25，其接觸第二側(cè)28上的摻雜層(即，igbt的集電極層或者mosfet的漏極層)。在第二側(cè)28上，p型摻雜劑被植入并且退火，以用于創(chuàng)建集電極層6。而且，這個(gè)步驟可在任何適當(dāng)制造步驟來(lái)執(zhí)行。

摻雜濃度和擴(kuò)散過(guò)程可被選擇，使得第二保護(hù)枕9的最大摻雜濃度在最終裝置中高于增強(qiáng)層95的最大摻雜濃度。在另外的示范實(shí)施例中，第二保護(hù)枕9的摻雜濃度在最終裝置中朝發(fā)射極側(cè)22降低到不超過(guò)增強(qiáng)層95的最大摻雜濃度的一半的值。

在另一個(gè)備選實(shí)施例中，第二保護(hù)枕9和增強(qiáng)層8的最大摻雜濃度可以是相同的。

裝置的集電極側(cè)27上的層和溝槽柵電極7可通過(guò)專(zhuān)業(yè)人員眾所周知的方法來(lái)制成(例如如本申請(qǐng)?jiān)诂F(xiàn)有技術(shù)小節(jié)對(duì)ep0795911a2所述)，以及最后，在襯底10中創(chuàng)建了所有層之后，電極2、25作為金屬層施加在襯底的兩側(cè)上。

這些示例將不是限制本發(fā)明的范圍。上述設(shè)計(jì)和布置只是一個(gè)或多個(gè)保護(hù)枕的任何種類(lèi)的可能設(shè)計(jì)和布置的示例。

在另一個(gè)實(shí)施例中，切換導(dǎo)電類(lèi)型，即，第一導(dǎo)電類(lèi)型的所有層為p型(例如漂移層5、源極層3)，而第二導(dǎo)電類(lèi)型的所有層為n型(例如基極層4、集電極層6)。

應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語(yǔ)“包括”并不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”并不排除多個(gè)。而且可組合與不同實(shí)施例結(jié)合描述的元件。還應(yīng)當(dāng)注意，權(quán)利要求書(shū)中的參考符號(hào)不應(yīng)當(dāng)理解為限制權(quán)利要求的范圍。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)，本發(fā)明能夠按照其他特定形式來(lái)體現(xiàn)，而沒(méi)有背離其精神或本質(zhì)特性。因此，當(dāng)前公開(kāi)的實(shí)施例在所有方面均認(rèn)為是說(shuō)明性而不是限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)、而不是由以上描述來(lái)指示，并且在含意和范圍及其等效性之內(nèi)的所有改變意圖包含于其中。

參考列表

1發(fā)明igbt

10襯底

2發(fā)射極電極

22發(fā)射極側(cè)

23第一側(cè)

25集電極電極

27集電極側(cè)

28第二側(cè)

3源極層

4基極層

5漂移層

55緩沖層

6集電極層

7溝槽柵電極

70柵極層第一絕緣層

72第一絕緣層

74第二絕緣層

75溝槽橫向側(cè)

76溝槽底部

77溝槽深度

8第一保護(hù)枕

80凹槽

83橫向側(cè)

84第一底部

85第二底部

9第二保護(hù)枕

90第一深度

92局部摻雜濃度最小深度

95增強(qiáng)層

97第二深度