帶有igbt單元和去飽和溝道結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及帶有IGBT單元和去飽和溝道結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。一種半導(dǎo)體器件包括：包括第二類型摻雜漂移區(qū)的IGBT單元；和用于去飽和IGBT單元中的電荷載流子濃度的去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該去飽和結(jié)構(gòu)包括：與漂移區(qū)形成pn結(jié)的第一類型摻雜區(qū)域，和在第一類型摻雜區(qū)域中并且沿著橫向方向在IGBT單元一旁布置的溝槽的兩個(gè)部分或者兩個(gè)溝槽。該兩個(gè)溝槽部分中的每一個(gè)或者該兩個(gè)溝槽中的每一個(gè)具有在窄部下面的寬部。該寬部至少沿著橫向方向界定第一類型摻雜區(qū)域的第一類型摻雜去飽和溝道區(qū)域。該窄部至少沿著橫向方向界定第一類型摻雜區(qū)域的第一類型摻雜臺(tái)面區(qū)域。該去飽和溝道區(qū)域沿著橫向方向具有小于臺(tái)面區(qū)域的寬度，并且鄰接臺(tái)面區(qū)域。
【專利說明】帶有IGBT單元和去飽和溝道結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]在這里描述的實(shí)施例涉及包括IGBT單元的半導(dǎo)體器件和用于操作和制造這種半導(dǎo)體器件的方法，并且特別地某些實(shí)施例涉及帶有溝槽IGBT單元的功率半導(dǎo)體器件。

【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管，在下文中被稱作IGBT，是一種主要地用作電子開關(guān)的三端子半導(dǎo)體器件并且可以組合高的效率和快速的開關(guān)。IGBT可以在很多應(yīng)用例如電器諸如電車、列車、變速電冰箱、空調(diào)等中開關(guān)電力。
[0003]通過在單一器件中組合用于控制輸入的隔離柵場效應(yīng)晶體管(FET)和用于開關(guān)的雙極功率晶體管，IGBT組合MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)特性與雙極晶體管的高電流和低飽和電壓能力。
[0004]IGBT能夠在打開狀態(tài)中和在開關(guān)期間呈現(xiàn)功率損耗。例如，少數(shù)載流子(空穴)重組或者離開器件可以占用時(shí)間，從而導(dǎo)致更長的開關(guān)時(shí)間和更高的開關(guān)損耗。增加外部柵電阻以避免開關(guān)特性的陡峭的側(cè)翼(flank)能夠進(jìn)一步延遲這個(gè)過程。可以通過增加器件中的電子-空穴濃度(等離子體濃度)減小在打開狀態(tài)中的靜態(tài)損耗。然而由于上述效應(yīng)，這導(dǎo)致動(dòng)態(tài)損耗進(jìn)一步增加，并且在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)損耗之間存在折中。
[0005]因此，存在對(duì)于改進(jìn)的半導(dǎo)體器件和改進(jìn)的、涉及半導(dǎo)體器件的操作和制造的方法的需要，其中在不顯著地增加靜態(tài)損耗時(shí)開關(guān)損耗減小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括第一 IGBT單元，該第一 IGBT單元包括第二類型摻雜漂移區(qū)。該半導(dǎo)體器件還包括用于去飽和第一 IGBT單元中的電荷載流子濃度的去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括與漂移區(qū)形成Pn結(jié)的第一類型摻雜區(qū)域。該去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括布置在第一類型摻雜區(qū)域中并且沿著橫向方向布置在第一 IGBT單元一旁的溝槽的兩個(gè)部分或者兩個(gè)溝槽。該兩個(gè)溝槽部分中的每一個(gè)或者該兩個(gè)溝槽中的每一個(gè)具有在窄部下面的寬部。該兩個(gè)溝槽部分或者該兩個(gè)溝槽的寬部至少沿著橫向方向界定第一類型摻雜區(qū)域的第一類型摻雜去飽和溝道區(qū)域。該兩個(gè)溝槽部分或者該兩個(gè)溝槽的窄部至少沿著橫向方向界定第一類型摻雜區(qū)域的第一類型摻雜臺(tái)面區(qū)域。沿著橫向方向去飽和溝道區(qū)域具有小于臺(tái)面區(qū)域的寬度。去飽和溝道區(qū)域和臺(tái)面區(qū)域相互鄰接。
[0007]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供一種操作半導(dǎo)體器件的方法。該半導(dǎo)體器件包括第一電極端子、第二電極端子、柵電極端子和第一 IGBT單元，該第一 IGBT單元包括柵電極、第一電極、第二電極和漂移區(qū)域。柵電極連接到柵電極端子，第一電極連接到第一電極端子，并且第二電極連接到第二電極端子。該半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括去飽和溝道。去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一部分連接到第一電極端子。去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二部分連接到用于控制去飽和溝道的柵電極端子。該方法包括將帶有第一值的柵電壓施加到柵電極端子，其中電流在第一電極端子和第二電極端子之間通過第一 IGBT單元流動(dòng)并且其中通過去飽和溝道的電流基本上被阻斷。該方法進(jìn)一步包括將帶有第二值的柵電壓施加到柵電極端子。第二值的絕對(duì)值低于第一值的絕對(duì)值。在其中，電流在第一電極端子和第二電極端子之間通過第一 IGBT單元流動(dòng)并且電荷載流子作為去飽和電流從第一 IGBT單元的漂移區(qū)域通過去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的去飽和溝道流動(dòng)到第一電極端子。該方法進(jìn)一步包括將帶有第三值的柵電壓施加到柵電極端子。第三值的絕對(duì)值低于第一和第二值的分別的絕對(duì)值。在其中，在第一電極端子和第二電極端子之間通過第一 IGBT單元的電流基本上被阻斷。
[0008]根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，提供一種形成半導(dǎo)體器件的瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括在半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體層中形成溝槽。該溝槽具有橫向側(cè)和底側(cè)。該方法包括將摻雜劑引入底側(cè)中、加熱半導(dǎo)體器件以將摻雜劑擴(kuò)散到擴(kuò)散區(qū)域中并且選擇性地蝕刻擴(kuò)散區(qū)域以形成瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)。
[0009]根據(jù)從屬權(quán)利要求、說明書和附圖，本發(fā)明進(jìn)一步的方面、優(yōu)點(diǎn)和特征是清楚的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]在圖中的構(gòu)件并不是必要地按照比例的，相反著重于示意本發(fā)明的原理。而且，在圖中，類似的附圖標(biāo)記標(biāo)注相應(yīng)的部分。在圖中:
圖1示出包括IGBT單元的半導(dǎo)體器件；
圖2和3示出根據(jù)在這里描述的實(shí)施例的、包括去飽和溝道結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件；
圖4和5示意操作根據(jù)在這里描述的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法；
圖6示出根據(jù)在這里描述的實(shí)施例的、包括去飽和溝道結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件；
圖7到12示出根據(jù)在這里描述的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的布局的頂視圖；
圖13到18示意根據(jù)在這里描述的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的制造方法。

【具體實(shí)施方式】
[0011]現(xiàn)在將詳細(xì)地參考各個(gè)實(shí)施例，其一個(gè)或者多個(gè)實(shí)例在每一幅圖中示意。每一個(gè)實(shí)例是通過解釋提供的而非旨在作為限制。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)部分示意或者描述的特征能夠用在其它實(shí)施例上或者與其它實(shí)施例相結(jié)合地使用以給出更進(jìn)一步的實(shí)施例。本公開旨在包括這種修改和改變。
[0012]因?yàn)閷?shí)施例的構(gòu)件能夠以多個(gè)不同的定向定位，所以方向術(shù)語被用于示意的意圖而絕非限制。應(yīng)該理解在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以利用其它實(shí)施例并且可以作出結(jié)構(gòu)或者邏輯改變。因此，不應(yīng)該在限制性的意義上理解以下詳細(xì)說明，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。使用特定語言描述了實(shí)施例，這不應(yīng)該被理解為限制所附權(quán)利要求的范圍。實(shí)施例能夠被組合，除非另有指出。附圖可能不是必要地按照比例繪制的。
[0013]為了便于理解，不帶任何限制地，經(jīng)常利用具體的摻雜類型描述IGBT結(jié)構(gòu)，例如，n-p-n-p結(jié)構(gòu)。摻雜能夠顛倒過來，即，η型摻雜能夠變成P型摻雜并且反之亦然。在提到“第一類型摻雜”和“第二類型摻雜”時(shí)，第一類型摻雜可以是P型摻雜或者η型摻雜，并且第二類型摻雜應(yīng)該被理解為相反的摻雜，即，η型，如果第一類型摻雜是P型，和P型，如果第一類型摻雜是η型。
[0014]圖1示出通過半導(dǎo)體器件I的截面。半導(dǎo)體器件I包括可以包括一個(gè)或者多個(gè)半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體塊體10。半導(dǎo)體塊體可以包括外延層。半導(dǎo)體器件I包括在圖1中是頂表面的前表面或者第一主表面11。
[0015]處于第一主表面中的任何方向稱為橫向方向。垂直于第一主表面的方向稱為豎直方向。在圖1中，截面示出通過半導(dǎo)體器件的一個(gè)片段沿著一個(gè)橫向方向的剖切。
[0016]半導(dǎo)體器件I包括P型摻雜半導(dǎo)體層13、η型摻雜半導(dǎo)體層19，半導(dǎo)體層能夠是例如外延生長層或者通過浮區(qū)Czochalski生長過程形成的層。P型摻雜半導(dǎo)體層的外表面即圖1中的下表面12形成半導(dǎo)體塊體10的后表面。后表面或者第二主表面12基本平行于第一主表面11。后表面12與漏極或者集電極金屬層15接觸，漏極或者集電極金屬層15繼而連接到漏極或者集電極端子16。
[0017]示出了 IGBT單元2。IGBT單元2包括是半導(dǎo)體層13的一個(gè)部分的、還被稱作集電極區(qū)域的P型摻雜漏極區(qū)域14。IGBT單元進(jìn)一步包括是η型摻雜半導(dǎo)體層19的一個(gè)部分的η型摻雜區(qū)域。在IGBT單元2的η型摻雜區(qū)域中形成溝槽結(jié)構(gòu)。該溝槽結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)溝槽24或者單一溝槽的兩個(gè)部分24。例如，在IGBT單元的條紋幾何形狀中，可以存在兩個(gè)分離的溝槽24，而在附圖標(biāo)記24處在截面中所示結(jié)構(gòu)可以是一個(gè)溝槽的兩個(gè)溝槽部分，如果在第一主表面11上的頂視圖中這個(gè)溝槽具有例如矩形或者可能地多邊形、卵形或者圓形布局。溝槽或者溝槽部分24從第一主表面11延伸到半導(dǎo)體層19中，并且具有至少沿著一個(gè)橫向方向的側(cè)表面和底表面。
[0018]關(guān)于溝槽或者溝槽部分，術(shù)語“在下方”或者“更深”應(yīng)該意味著第一實(shí)體相對(duì)于第二實(shí)體更加靠近溝槽底部，并且反過來，這個(gè)第二實(shí)體相對(duì)于第一實(shí)體“在上方”或者“更高”。溝槽或者溝槽部分的底部部分應(yīng)該意味著鄰接底部的部分，并且頂部部分應(yīng)該意味著鄰接第一主表面的部分。
[0019]溝槽或者溝槽部分24例如利用高摻雜的多晶硅材料或者其它半導(dǎo)體材料填充，從而形成柵電極。這種材料連接到柵電極端子27并且被柵氧化物25從半導(dǎo)體層19并且從在其中形成的P型摻雜本體區(qū)域21和η型摻雜源極/發(fā)射極區(qū)域23絕緣。在條紋幾何形狀中，溝槽24沿著圖1所示橫向方向界定本體區(qū)域和源極或者發(fā)射極區(qū)域23。當(dāng)結(jié)構(gòu)24是單一溝槽的某些部分時(shí),貝U這些部分還沿著至少一個(gè)進(jìn)一步的橫向方向，例如沿著垂直于圖面的方向界定本體和源極區(qū)域。
[0020]在圖1中，源極區(qū)域23和本體區(qū)域21連接到源電極端子28。半導(dǎo)體層19的η型摻雜漂移區(qū)域20處于本體區(qū)域21和漏極區(qū)域14之間。源極區(qū)域鄰接本體區(qū)域，該本體區(qū)域鄰接漂移區(qū)域，漂移區(qū)域繼而鄰接漏極區(qū)域14，從而形成集成柵雙極晶體管的n-p-n-p結(jié)構(gòu)。
[0021]在這里描述的半導(dǎo)體器件，特別地功率半導(dǎo)體器件，典型地包括很多IGBT單元。在圖1中，示例性地示出沿著圖1所示橫向方向從IGBT單元2橫向地布置的一個(gè)進(jìn)一步的IGBT單元3。
[0022]柵電極26利用施加到柵電極端子27的柵電壓控制反型溝道在源極區(qū)域23和漂移區(qū)域20之間在本體區(qū)域21中的形成。如果以高于閾值的值施加?xùn)烹妷?，則反型溝道得以建立，并且該器件處于打開狀態(tài)中。如果以低于閾值的值施加?xùn)烹妷?，則器件切換到關(guān)閉狀態(tài)中。在開關(guān)過程期間，開關(guān)損耗能夠發(fā)生。
[0023]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100。該半導(dǎo)體器件包括IGBT單元2，IGBT單元2可以是如關(guān)于圖1描述的溝槽IGBT單元。IGBT單元2包括漂移區(qū)域20。
[0024]半導(dǎo)體器件100進(jìn)一步包括在這里還被稱作去飽和單元的去飽和溝道結(jié)構(gòu)4。將關(guān)于圖2和3描述去飽和溝道結(jié)構(gòu)100的空間結(jié)構(gòu)，并且將關(guān)于圖4和5描述去飽和溝道結(jié)構(gòu)100的操作。
[0025]如在圖2中所示，去飽和溝道結(jié)構(gòu)4包括與IGBT單元2的漂移區(qū)域20形成pn結(jié)41的P型摻雜區(qū)域40。根據(jù)去飽和單元的幾何形狀，在P型摻雜區(qū)域40中形成包括兩個(gè)溝槽45或者一個(gè)溝槽45的兩個(gè)部分的溝槽結(jié)構(gòu)。該溝槽結(jié)構(gòu)被沿著橫向方向A-A布置在IGBT單元2—旁。
[0026]溝槽或者溝槽部分45每一個(gè)具有寬部420和窄部421，其中每一個(gè)溝槽或者溝槽部分的寬部布置在每一個(gè)溝槽或者溝槽部分的窄部下面。在圖2中寬部420是溝槽/溝槽部分45的底部部分并且窄部是其頂部部分。分別的溝槽/溝槽部分45的該兩個(gè)寬部420至少沿著圖2所示橫向方向A-A界定或者限定第一類型摻雜區(qū)域40的去飽和溝道區(qū)域43。分別的溝槽/溝槽部分的該兩個(gè)窄部421至少沿著圖2所示橫向方向A-A界定或者限定第一類型摻雜區(qū)域40的臺(tái)面區(qū)域44。在圖2所示實(shí)施例中臺(tái)面區(qū)域44不包括η型摻雜區(qū)域。去飽和溝道區(qū)域鄰接即直接地鄰近于第一類型摻雜區(qū)域40的臺(tái)面區(qū)域44和外部區(qū)域42，外部區(qū)域42在溝槽結(jié)構(gòu)外側(cè)延伸。去飽和溝道區(qū)域至少沿著橫向方向A-A比臺(tái)面區(qū)域44更窄。
[0027]溝槽/溝槽部分45填充有傳導(dǎo)材料，例如，半導(dǎo)體材料諸如高摻雜多晶硅，或者碳材料或者金屬諸如鋁、銅或者鑰，從而形成連接到柵電極端子27并且被氧化物層或者η型摻雜層450從P型摻雜區(qū)域40絕緣的多個(gè)溝槽電極或者一個(gè)溝槽電極。臺(tái)面區(qū)域44連接到源電極端子28。
[0028]去飽和溝道結(jié)構(gòu)4適于當(dāng)IGBT單元處于切斷的過程中時(shí)去飽和IGBT單元2的漂移區(qū)域20中的電荷載流子濃度，特別地空穴的少數(shù)載流子濃度。施加到溝槽電極(一個(gè)或者多個(gè))的柵電壓的值控制去飽和溝道區(qū)域中的去飽和溝道是打開還是關(guān)閉。當(dāng)它是打開的時(shí)，則電荷載流子能夠從漂移區(qū)域20通過外部區(qū)域42、去飽和溝道區(qū)域43和臺(tái)面區(qū)域44到達(dá)源電極端子28，從而形成去飽和電流。
[0029]這概略地在圖3中示意，其中電荷載流子濃度被象征性地示為云朵220。在圖3中，P型摻雜區(qū)域40在第一 IGBT單元2和第二 IGBT單元3之間延伸，從而也與第二 IGBT單元的漂移區(qū)域形成pn結(jié)。在該實(shí)施例中，去飽和結(jié)構(gòu)4的溝槽結(jié)構(gòu)被布置在第一和第二IGBT單元2和3之間的中途處。如在圖3中概略示意地，去飽和溝道結(jié)構(gòu)4也適于去飽和第二 IGBT單元3的漂移區(qū)域中的電荷載流子濃度。
[0030]圖4和5概略地示意去飽和溝道區(qū)域43中的去飽和溝道430的打開或者阻斷如何受到施加到柵電極端子27的柵電壓控制。溝槽/溝槽部分45的寬部在此處界定去飽和溝道區(qū)域的去飽和溝道區(qū)域43沿著橫向方向的寬度和去飽和溝道區(qū)域43的摻雜被如此選擇，使得去飽和溝道區(qū)域在IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))的操作電壓下耗盡，在柵極和源極端子之間該操作電壓具有例如等于+15V的值。圍繞溝槽電極(一個(gè)或者多個(gè))45的耗盡區(qū)域50在圖4中示出。在IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))的操作電壓下的耗盡區(qū)域50在圖4中越過整個(gè)去飽和溝道區(qū)域43地延伸，去飽和溝道區(qū)域43因此是非傳導(dǎo)性的。去飽和溝道被阻斷。
[0031]在更低的柵極-源極端子電壓下，耗盡區(qū)50收縮，連接外部區(qū)域和臺(tái)面區(qū)域的去飽和溝道區(qū)域的至少一個(gè)部分變得傳導(dǎo)，并且去飽和溝道430打開。去飽和溝道區(qū)域43的寬度和摻雜被如此選擇，使得在通過IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))的電子電流切斷之前，即，在IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))的反型溝道仍然打開時(shí)，去飽和溝道打開。如果去飽和溝道區(qū)域的P型摻雜是小的，特別地小于在P型摻雜區(qū)域40的其它區(qū)域中，則去飽和溝道區(qū)域的寬度可以被更大地選擇，并且如果去飽和溝道區(qū)域的摻雜更高，則去飽和溝道區(qū)域的寬度能夠被更小地選擇。圖5示出在例如值為+1V的柵極-源極端子電壓下帶有打開的去飽和溝道430，的去飽和溝道結(jié)構(gòu)。在這種狀態(tài)中，使IGBT單元的漂移區(qū)飽和的電荷載流子(空穴)可以如例如在圖3中示意地穿過去飽和溝道。當(dāng)柵電壓進(jìn)一步降低時(shí)，IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))的反型溝道將被阻斷，并且(電子)源極-漏極電流將停止。在已經(jīng)從漂移區(qū)移除了所有的電荷載流子之后，在半導(dǎo)體器件的關(guān)閉狀態(tài)中也將不存在任何去飽和電流。
[0032]圖6示出包括去飽和溝道結(jié)構(gòu)4的半導(dǎo)體器件101的進(jìn)一步的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，在圖6中的點(diǎn)線之間示出的去飽和溝道區(qū)域43的P型摻雜低于P型摻雜區(qū)域40的本體區(qū)域44的和其外部區(qū)域42的P型摻雜。在該實(shí)施例中P型摻雜區(qū)域40中的去飽和溝道結(jié)構(gòu)的溝槽或者溝槽部分具有基本豎直的側(cè)壁。它們至少沿著一個(gè)橫向方向界定臺(tái)面區(qū)域，其中該臺(tái)面區(qū)域包括本體區(qū)域44和去飽和溝道區(qū)域43。在圖6所示實(shí)施例中臺(tái)面區(qū)域還包括外部區(qū)域42的一個(gè)部分。去飽和溝道結(jié)構(gòu)的本體區(qū)域不應(yīng)該與IGBT的本體區(qū)域混淆。
[0033]示出了去飽和溝道結(jié)構(gòu)的溝槽或者溝槽部分帶有與IGBT單元2的幾何形狀類似的幾何形狀。然而，去飽和溝道結(jié)構(gòu)的溝槽或者溝槽部分可以通常具有不同的幾何形狀，例如，一起地比IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))的溝槽/溝槽部分更淺或者更窄。帶有筆直的、豎直的側(cè)壁的溝槽或者溝槽部分可以更加易于制造，從而可能地減少生產(chǎn)時(shí)間和成本。
[0034]去飽和溝道區(qū)域43的P型摻雜被如此選擇，使得在操作電壓(例如，+15V)下，去飽和溝道區(qū)域43耗盡并且是非傳導(dǎo)性的。摻雜被如此選擇，使得在用于建立去飽和溝道的期望電壓值(例如，+10V)下，去飽和溝道區(qū)域不再被完全地耗盡，并且在去飽和溝道區(qū)域中建立了傳導(dǎo)性去飽和溝道。
[0035]去飽和溝道結(jié)構(gòu)減小開關(guān)損耗(關(guān)閉損耗)并且提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。高少數(shù)電荷載流子濃度能夠在IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))切斷之前被從漂移區(qū)(一個(gè)或者多個(gè))移除，或者至少部分地移除。因此，增加在打開狀態(tài)中的電子-空穴-等離子體濃度以在關(guān)閉期間減小靜態(tài)損耗而不過度地增加動(dòng)態(tài)損耗是可能的。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)損耗的這個(gè)解耦改進(jìn)了目前在這些量之間折中的狀況。
[0036]而且，在傳統(tǒng)器件中，當(dāng)空穴被從漂移區(qū)傳導(dǎo)到源電極端子時(shí)，靠近IGBT單元的柵電極的高空穴電流密度能夠在關(guān)閉期間存在。因?yàn)闁烹姌O電勢仍然接近于IGBT單元的電子反型溝道的閾值，所以空穴電流與柵電極的電容耦合能夠再次激活電子反型溝道。這能夠?qū)е掠泻Φ?、半?dǎo)體器件的振蕩。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、帶有去飽和溝道結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，在IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))的電子溝道仍然打開時(shí)并且沿著在此處無任何IGBT單元的電子溝道存在的路徑，少數(shù)電荷載流子(空穴)已經(jīng)被從漂移區(qū)(一個(gè)或者多個(gè))移除?？赡艿兀鲜龇N類的、有害的振蕩得以避免或者至少受到抑制。
[0037]如果柵電極電阻增加以避免器件的電壓特性的陡峭的側(cè)翼，則這能夠在移除在傳統(tǒng)器件中的漂移區(qū)中的電荷載流子濃度時(shí)導(dǎo)致延遲并且與之相應(yīng)地增加開關(guān)損耗。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件改進(jìn)了這種狀況。因?yàn)樵陔娮訙系廊匀淮蜷_并且無任何阻斷電壓已經(jīng)越過IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))地形成時(shí)電荷載流子已經(jīng)被移除，所以電子-空穴-等離子體濃度被快速地從漂移區(qū)(一個(gè)或者多個(gè))移除，并且即使對(duì)于高的柵電極電阻，延遲也被減小或者消除。剩余的等離子體濃度顯著地更低并且在關(guān)閉期間引起相對(duì)小的開關(guān)損耗。
[0038]圖7到12示出在根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100或者101上的頂視圖并且示意不同的布局。圖7到12所示半導(dǎo)體器件包括去飽和單元400和IGBT單元200，在截面中這兩者均可以與上述去飽和溝道結(jié)構(gòu)4和IGBT單元2相同或者相似。去飽和單元400的p型摻雜臺(tái)面區(qū)域被描繪成帶有陰影樣式并且連接到源電極端子28。去飽和單元的溝槽或者溝槽部分，更加具體地溝槽電極，連接到柵電極端子27。IGBT單元200的η型摻雜源極區(qū)域連接到源電極端子28，并且在溝槽或者溝槽部分中的柵電極連接到柵電極端子27。去飽和單元400的第一類型摻雜區(qū)域可以全部被連接或者可以是分離的區(qū)域。
[0039]在附圖標(biāo)記A-A和B-B之間沿著一個(gè)示例性地選擇的橫向方向的截面得到強(qiáng)調(diào)，其中沿著線A-A的截面可以由圖2或者圖6代表，并且沿著線B-B的截面可以由圖3代表。
[0040]在圖7到10中，IGBT單元和去飽和單元是矩形的。矩形形式的一個(gè)溝槽包圍每一個(gè)IGBT單元的本體和源極區(qū)域與每一個(gè)去飽和單元的去飽和溝道和臺(tái)面區(qū)域，從而沿著所有的橫向方向界定它們。在通過這種布局的截面中，例如，如在圖2、3和6中所示，在截面中可能看起來是分離的溝槽的結(jié)構(gòu)24實(shí)際上是一個(gè)溝槽的兩個(gè)部分。
[0041]圖7示出其中IGBT單元200和去飽和單元400被交替地布置成行和列的布局，其中每一個(gè)IGBT單元具有沿著行和列的方向圍繞它布置的四個(gè)毗鄰的去飽和單元，并且每一個(gè)去飽和單元具有沿著行和列的方向圍繞它布置的四個(gè)毗鄰的IGBT單元。圖8示出其中每一個(gè)去飽和單元400在被布置成正方形的四個(gè)IGBT單元之間被對(duì)角地布置的布局。
[0042]圖9和10示出包含IGBT單元的半導(dǎo)體器件100的有源區(qū)域120、僅僅包含去飽和單元的周邊區(qū)域140和半導(dǎo)體器件的邊沿160或者可替代地柵極焊盤或者柵極引線。在周邊區(qū)域中更大數(shù)目的去飽和單元可以允許甚至更好地去飽和相鄰IGBT單元的漂移區(qū)域?？拷雽?dǎo)體器件的邊沿或者柵極焊盤，這可能是特別重要的。在圖9中，基本上如在圖7中地布置在有源區(qū)域120中的IGBT和去飽和單元。與周邊區(qū)域接界的最右IGBT單元具有用于去飽和在它們的漂移區(qū)域中的電荷濃度的六個(gè)去飽和單元。
[0043]在圖10中，有源區(qū)域僅僅包含IGBT單元，但是在與周邊區(qū)域140的邊界處提供了去飽和，每一個(gè)IGBT單元與具有三個(gè)去飽和單元的周邊區(qū)域接界以去飽和在它們的漂移區(qū)域中的電荷濃度。在如在圖10中所示布局中，可能不存在如在圖3中所示截面，而是僅僅如在圖2或者6中所示截面。已經(jīng)在圖9和10中省略了到柵極和源極端子的連接。IGBT單元的尺寸和/或密度可以越過半導(dǎo)體器件的布局地改變，并且去飽和單元的尺寸和/或密度也可以這樣改變。
[0044]圖11和12示意其中IGBT單元200和去飽和單元400具有條紋幾何形狀的半導(dǎo)體器件100的布局。在此情形中，如果如例如在附圖標(biāo)記A-A和B-B處指示的截面被取得，則在圖2、3和6中的結(jié)構(gòu)24可以實(shí)際上是兩個(gè)分離的溝槽。圖11示出其中在IGBT條紋單元200之間在半導(dǎo)體器件100的有源區(qū)域120中包括去飽和條紋單元400的實(shí)施例。圖12示出其中去飽和單元僅僅存在于周邊區(qū)域140中而非有源區(qū)域120中的實(shí)施例。
[0045]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括第一 IGBT單元。該半導(dǎo)體器件可以包括很多IGBT單元。如在這里所使用的IGBT單元可以是豎直IGBT單元諸如在上文中描述的溝槽IGBT單元，但是還可以是例如平面(橫向)IGBT單元。該半導(dǎo)體器件可以是功率半導(dǎo)體器件。術(shù)語“功率半導(dǎo)體器件”或者"功率IGBT"旨在描述一種帶有高電壓和/或高電流開關(guān)能力的器件。換言之，功率半導(dǎo)體器件/IGBT旨在用于例如在安培范圍或者甚至百安培范圍中的高電流應(yīng)用，和/或例如高于300V的高電壓應(yīng)用?？梢栽诎雽?dǎo)體器件的有源區(qū)域中包括IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))。
[0046]第一 IGBT單元包括第二類型摻雜漂移區(qū)。第一和可能地任何其它IGBT單元可以在半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體塊體或者化合物中形成。半導(dǎo)體塊體可以是單片的或者由例如包括外延層或者通過Chochalski類型過程生長的層的半導(dǎo)體層構(gòu)成。IGBT單元可以進(jìn)一步包括例如關(guān)于圖1描述的特征。
[0047]該半導(dǎo)體器件包括用于去飽和在第一 IGBT單元中的電荷載流子濃度的去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以適于如在下面進(jìn)一步描述地依賴于去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的受控狀態(tài)至少從第一 IGBT單元的漂移區(qū)移除自由電荷載流子濃度，特別地少數(shù)電荷載流子濃度。
[0048]該去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括與第一 IGBT單元的第二類型摻雜漂移區(qū)形成pn結(jié)的第一類型摻雜區(qū)域。該去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括溝槽結(jié)構(gòu)。該溝槽結(jié)構(gòu)被沿著第一橫向方向在第一 IGBT單元一旁布置在第一類型摻雜區(qū)域中。該溝槽結(jié)構(gòu)可以從半導(dǎo)體塊體的第一主表面延伸到半導(dǎo)體塊體中，例如半導(dǎo)體塊體的外延層中。
[0049]該溝槽結(jié)構(gòu)包括溝槽的兩個(gè)部分或者兩個(gè)溝槽。該兩個(gè)溝槽部分或者該兩個(gè)溝槽被沿著第一橫向方向相互隔開。它們至少沿著這個(gè)特定的第一橫向方向限定或者界定在它們之間的空間。該兩個(gè)溝槽或者該兩個(gè)溝槽部分可以沿著不同于第一橫向方向的方向，例如沿著垂直于此的方向至少在某個(gè)距離上相互平行地延伸。特別地對(duì)于帶有兩個(gè)分離的溝槽的條紋狀溝槽結(jié)構(gòu)而言，該垂直于此的方向可以被稱作縱向方向。在第一主表面上的頂視圖中，具有兩個(gè)溝槽部分的溝槽可以具有正方形、矩形或者多邊形形式或者甚至卵形或者圓形形式。
[0050]該兩個(gè)溝槽部分中的每一個(gè)或者該兩個(gè)溝槽中的每一個(gè)可以包括寬部和窄部。寬部位于窄部下面。具有這種性質(zhì)的溝槽在這里被稱作瓶頸溝槽。這種溝槽的形式具有很多變型，包括例如在底部處呈圓狀或者卵形地加寬的圖2和3所示的凸出形式，而且還包括例如帶有向外傾斜的筆直側(cè)壁從而溝槽朝向它的底部更寬的溝槽，或者帶有矩形加寬部分的溝槽。寬部可以是溝槽或者溝槽部分的底部部分。可替代地，溝槽可以進(jìn)一步延伸，從而具有在寬部下面的底部。窄部可以是溝槽或者溝槽部分的頂部部分。
[0051]可替代地，該兩個(gè)溝槽部分或者該兩個(gè)溝槽(典型地這兩者)中的至少一個(gè)可以具有基本恒定的寬度。該兩個(gè)溝槽/兩個(gè)溝槽部分中的至少一個(gè)的側(cè)壁可以是基本筆直的。側(cè)壁可以是豎直的，但是還能夠是傾斜的，即，關(guān)于第一主表面形成不同于90°的角度。
[0052]該兩個(gè)溝槽部分或者該兩個(gè)溝槽的寬部至少沿著第一橫向方向界定/限定第一類型摻雜區(qū)域的第一類型摻雜去飽和溝道區(qū)域。該兩個(gè)溝槽部分或者該兩個(gè)溝槽的窄部至少沿著第一橫向方向界定第一類型摻雜區(qū)域的第一類型摻雜臺(tái)面區(qū)域。換言之，由該兩個(gè)溝槽或者由該兩個(gè)溝槽部分界定的空間包括臺(tái)面區(qū)域和去飽和溝道區(qū)域。
[0053]可替代地或者另外地，第一類型摻雜去飽和溝道區(qū)域可以是由該兩個(gè)溝槽/溝槽部分界定/限定并且具有低于第一類型摻雜區(qū)域的鄰接區(qū)域(即臺(tái)面或者本體區(qū)域和外部區(qū)域)的第一類型摻雜的區(qū)域。即使當(dāng)由具有恒定寬度或者平行的側(cè)表面的溝槽或者溝槽部分界定/限定時(shí)，去飽和溝道區(qū)域也可以被以這種方式表征。
[0054]由該兩個(gè)溝槽或者溝槽部分界定/限定的空間可以由第一類型摻雜臺(tái)面和去飽和溝道區(qū)域組成。在具有恒定寬度的溝槽，特別地帶有筆直的、平行側(cè)壁的豎直溝槽的實(shí)施例中，由該兩個(gè)溝槽或者溝槽部分界定/限定的全部空間在這里被稱為“臺(tái)面區(qū)域”，并且去飽和溝道區(qū)域被視為它的一個(gè)部分。第一類型摻雜臺(tái)面區(qū)域可以構(gòu)成或者占據(jù)由該兩個(gè)溝槽或者溝槽部分沿著第一橫向方向界定的去飽和溝道區(qū)域上方的全部空間。這可以是由該兩個(gè)溝槽部分或者該兩個(gè)溝槽的窄部界定的全部空間。可以不存在在該兩個(gè)溝槽或者溝槽部分之間界定的任何第二類型摻雜區(qū)域。第二類型摻雜區(qū)域可以存在，但是對(duì)于器件發(fā)揮功能而言并不是必要的。臺(tái)面區(qū)域和去飽和溝道區(qū)域可以沿著不止第一橫向方向由包括兩個(gè)溝槽部分的單一溝槽界定/限定。在此情形中，包括兩個(gè)溝槽部分的溝槽可以包括進(jìn)一步的部分并且可以沿著所有的橫向方向界定臺(tái)面區(qū)域和去飽和溝道區(qū)域，即，它可以橫向地包圍所述區(qū)域。
[0055]去飽和溝道區(qū)域可以至少沿著第一橫向方向具有小于臺(tái)面區(qū)域的寬度。去飽和溝道區(qū)域還可以沿著至少一個(gè)另外的橫向方向，例如，沿著垂直于第一橫向方向的(縱向)方向具有小于臺(tái)面區(qū)域的寬度。另外地或者可替代地，去飽和溝道區(qū)域可以具有低于臺(tái)面區(qū)域的第一類型摻雜的第一類型摻雜。
[0056]去飽和溝道區(qū)域和臺(tái)面區(qū)域相互鄰接。去飽和溝道區(qū)域還可以鄰接第一類型摻雜區(qū)域的外部區(qū)域，該外部區(qū)域從溝槽結(jié)構(gòu)橫向地和/或豎直地向外延伸。該外部區(qū)域可以與第一 IGBT單元的漂移區(qū)域形成pn結(jié)。
[0057]該半導(dǎo)體器件可以包括連接到IGBT單元的源極區(qū)域的源電極端子、連接到IGBT單元的柵電極的柵電極端子、和在該兩個(gè)溝槽部分中或者在該兩個(gè)溝槽中的傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料，其中第一類型摻雜臺(tái)面區(qū)域連接到第一電極端子，并且在該兩個(gè)溝槽部分中或者在該兩個(gè)溝槽中的傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料連接到柵電極端子。在該兩個(gè)溝槽中或者在該兩個(gè)溝槽部分中的半導(dǎo)體材料可以被稱作溝槽電極(一個(gè)或者多個(gè))。在該實(shí)施例中，在去飽和區(qū)域中的去飽和溝道由施加到柵電極端子的電壓值控制。臺(tái)面區(qū)域和溝槽電極(一個(gè)或者多個(gè))還可能連接到不同于IGBT單元的源極/柵極端子的端子，從而可能地增加獨(dú)立控制的更多靈活性，但是增加了復(fù)雜度。
[0058]去飽和溝道區(qū)域的第一類型摻雜可以低于臺(tái)面區(qū)域的第一類型摻雜和/或低于第一類型摻雜區(qū)域的外部區(qū)域的第一類型摻雜。
[0059]去飽和溝道結(jié)構(gòu)或者它們中的幾個(gè)可以被布置在與包括IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))的有源區(qū)域接界的半導(dǎo)體器件的周邊區(qū)域中。去飽和溝道結(jié)構(gòu)或者它們中的幾個(gè)可以被布置在半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域中，該有源區(qū)域是包括IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))的區(qū)域。該半導(dǎo)體器件可以包括第二 IGBT單元，其中去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被布置在第一 IGBT單元和第二 IGBT單元之間。第一類型摻雜區(qū)域可以至少在第一 IGBT單元和第二 IGBT單元之間延伸。第一類型摻雜區(qū)域還可以與第二 IGBT單元的漂移區(qū)形成pn結(jié)。去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以適于去飽和第一和第二 IGBT單元的漂移區(qū)域中的電荷載流子濃度。
[0060]在該兩個(gè)溝槽部分中或者在該兩個(gè)溝槽中的傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料-溝槽電極(一個(gè)或者多個(gè))-可以從臺(tái)面區(qū)域、從去飽和區(qū)域和/或從第一類型摻雜區(qū)域的外部區(qū)域分離。所述分離可以具有例如類似于柵氧化物層的氧化物層的形式。溝槽電極(一個(gè)或者多個(gè))可以由部分地或者完全地填充溝槽/溝槽部分的高摻雜半導(dǎo)體材料諸如多晶硅形成?？商娲兀龇蛛x可以具有與在JFET結(jié)構(gòu)中類似的第二類型摻雜層的形式。通過在第一類型和第二類型摻雜的區(qū)域之間選擇適當(dāng)?shù)膿诫s關(guān)系，能夠避免可能的閂鎖效應(yīng)。
[0061]如之前解釋地，在去飽和溝道區(qū)域的寬度和摻雜濃度之間存在相互關(guān)系以定制恰好在IGBT單元(一個(gè)或者多個(gè))的關(guān)閉過程期間的去飽和溝道的激活和滅活的控制。去飽和溝道的寬度可以由至少沿著一個(gè)橫向方向橫向地限定溝道的溝槽或者溝槽部分的寬部確定。沿著這個(gè)方向，寬部可以比該兩個(gè)溝槽部分或者該兩個(gè)溝槽的窄部寬至少20%，或者甚至至少50%，例如從20%到100%。相反，去飽和溝道區(qū)域可以比臺(tái)面區(qū)域窄50%，或者100%或者甚至至少200%。另外地或者可替代地，在去飽和溝道區(qū)域中的第一類型摻雜可以比在臺(tái)面區(qū)域中和/或在外部區(qū)域中的第一類型摻雜小至少50%，或者100%，或者甚至至少300%，例如從50%到500%。在去飽和溝道區(qū)域的寬度之上第一類型摻雜的橫向地累積的劑量可以小于111CnT2或者甚至小于3*10 'πΓ2。
[0062]通過適當(dāng)?shù)卮_定在溝槽或者溝槽部分的寬部，例如圖2和3所示的凸出部分之間的距離的大小，和/或通過適當(dāng)?shù)剡x擇去飽和溝道區(qū)域(關(guān)于示意見圖6)中的摻雜濃度，自由電荷載流子能夠被引導(dǎo)通過去飽和溝道的、在開關(guān)過程期間的瞬時(shí)能夠得以定義和設(shè)定。能夠在不增加在打開狀態(tài)中的靜態(tài)損耗時(shí)減小關(guān)閉損耗。
[0063]在此之下溝道變得傳導(dǎo)的閾值電壓值能夠被選擇為高于米勒平坦區(qū)域電壓的值。去飽和溝道區(qū)域能夠具有用于切斷通過去飽和溝道區(qū)域的傳導(dǎo)路徑的閾值電壓。IGBT單元能夠具有用于提供反型溝道的閾值電壓。用于切斷通過去飽和溝道區(qū)域的傳導(dǎo)路徑的閾值電壓的絕對(duì)值可以高于用于提供IGBT單元的反型溝道的閾值電壓的絕對(duì)值。
[0064]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供一種操作半導(dǎo)體器件的方法。該半導(dǎo)體器件包括第一電極端子、第二電極端子、柵電極端子、和包括柵電極、第一電極、第二電極和漂移區(qū)域的第一IGBT單元。柵電極連接到柵電極端子，第一電極連接到第一電極端子，并且第二電極連接到第二電極端子。該半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括去飽和溝道。去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一部分連接到第一電極端子。去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二部分連接到用于控制去飽和溝道的柵電極端子。該半導(dǎo)體器件可以是根據(jù)在這里描述的實(shí)施例中的任何一個(gè)的半導(dǎo)體器件。
[0065]該方法包括將帶有第一值的柵電壓施加到柵電極端子從而電流在第一電極端子和第二電極端子之間通過第一 IGBT單元流動(dòng)并且從而通過去飽和溝道的電流基本上被阻斷。術(shù)語“基本上被阻斷”包括去飽和溝道被完全地阻斷即去飽和溝道被完全地阻塞的情況。術(shù)語“基本上被阻斷”還包括電流顯著地減小的情況。如果與當(dāng)?shù)诙档臇烹妷罕皇┘拥綎烹姌O端子時(shí)流動(dòng)的去飽和電流相比，通過去飽和溝道的電流被減小至少50%，或者至少80%或者甚至至少90或者99%，則認(rèn)為去飽和溝道基本上被阻斷。在這些情形中，去飽和溝道可以不被完全地阻塞。第一值可以代表半導(dǎo)體器件的操作電壓。第一值可以例如在+12V和+20V之間，例如大約+15V。
[0066]該方法進(jìn)一步包括將帶有第二值的柵電壓施加到柵電極端子?？梢栽谄骷袛嗥陂g瞬態(tài)地施加該第二值。第二值的絕對(duì)值低于第一值的絕對(duì)值。第二值可以例如在+8V和+12V之間，例如大約+10V。當(dāng)施加帶有第二值的柵電壓時(shí)，電流在第一電極端子和第二電極端子之間通過第一 IGBT單元流動(dòng)并且電荷載流子作為去飽和電流從第一 IGBT單元的漂移區(qū)域通過去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的去飽和溝道流動(dòng)到第一電極端子。
[0067]該方法可以進(jìn)一步包括將帶有第三值的柵電壓施加到柵電極端子。第三值的絕對(duì)值低于第一和第二值的分別的絕對(duì)值。當(dāng)施加帶有第三值的柵電壓時(shí)，在第一電極端子和第二電極端子之間通過第一 IGBT單元的電流基本上被阻斷。第三值可以代表半導(dǎo)體器件的阻斷電壓。第三值可以低于+3V，例如大約零伏，或者可以是負(fù)電壓值，S卩，甚至能夠施加負(fù)電壓。
[0068]如以上解釋地，在半導(dǎo)體器件切斷期間當(dāng)去飽和溝道打開時(shí)能夠通過其確定準(zhǔn)確的瞬時(shí)的一個(gè)量是去飽和溝道區(qū)域的寬度。相應(yīng)地，對(duì)于這種實(shí)施例，理想的是以低的制造公差形成去飽和溝道結(jié)構(gòu)的溝槽或者溝槽部分的界定寬部。
[0069]可以通過各向異性蝕刻以形成帶有豎直側(cè)壁的正常溝槽，隨后在溝槽的底部處進(jìn)行各向同性蝕刻以形成底切而形成在窄部下面的寬部。利用這種技術(shù)，制造公差可能不是足夠的，并且存在進(jìn)行改進(jìn)的需要。
[0070]提供了一種形成根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的方法。術(shù)語“瓶頸類型”指的是任何溝槽或者溝槽結(jié)構(gòu)，其中溝槽具有寬部和窄部，寬部在窄部下面，即，寬部處于在溝槽中比窄部更深的位置處。瓶頸類型的溝槽包括例如具有作為它們的底部部分的寬的空穴，例如帶有圓形、卵形或者矩形截面的空穴和從半導(dǎo)體層或者塊體的表面通向那個(gè)空穴的較窄隧道的溝槽。瓶頸類型的溝槽還包括例如帶有朝向底部向外傾斜的筆直側(cè)壁或者任何其它形式的底切的溝槽。
[0071]圖13到18示出瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的示例性制造過程。可以為去飽和溝道結(jié)構(gòu)例如為圖2所示的結(jié)構(gòu)制造該溝槽結(jié)構(gòu)。在以下描述的制造過程可以應(yīng)用于任何種類的溝槽結(jié)構(gòu)。所描述的過程還可以應(yīng)用于制造臺(tái)面IGBT或者任何其它種類的IGBT。
[0072]圖13-18示出了制造具有較寬的或者凸出的底部部分的溝槽結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。溝槽被形成于包括硅材料的半導(dǎo)體塊體中?？梢允褂萌魏蝹鹘y(tǒng)溝槽蝕刻過程形成溝槽。這種過程可以例如包括將掩模諸如硬掩?；蛘吖庋谀Ｐ纬捎诎雽?dǎo)體塊體的表面上。為了形成掩模，例如，光刻膠在半導(dǎo)體塊體的整個(gè)表面之上沉積并且使用光刻適當(dāng)?shù)貓D案化，其中定義以后的溝槽的位置的開口被形成于光刻膠中。
[0073]使用圖案化掩模，通過如在圖13中所示意的蝕刻過程，溝槽被形成于半導(dǎo)體塊體中。蝕刻可以選擇性地關(guān)于圖案化的掩模應(yīng)用并且典型地被實(shí)現(xiàn)為形式為干式或者濕式蝕刻的各向異性蝕刻，從而呈現(xiàn)具有基本豎直的側(cè)壁的溝槽。
[0074]在圖13中描繪了在溝槽蝕刻過程之后獲得的溝槽結(jié)構(gòu)。詳細(xì)地，圖13示出帶有諸如在圖2-3中所示半導(dǎo)體塊體10的半導(dǎo)體器件的一個(gè)部分的截面。在半導(dǎo)體塊體10的第一表面11上示出了帶有用于溝槽的開口 7的上述圖案化掩模6。溝槽或者溝槽部分5從第一表面11延伸并且具有橫向側(cè)51和底側(cè)52。沿著它們的豎直延伸范圍，溝槽或者溝槽部分5的寬度是基本恒定的。
[0075]所示出的溝槽或者溝槽部分5的截面可以形成以下的一個(gè)部分:兩個(gè)溝槽，例如在如在圖11或者12中所示條紋類型IGBT單元中；或者一個(gè)溝槽，如果如例如在圖7到10中所示，在第一主表面11上的頂視圖中這個(gè)溝槽具有例如矩形或者可能地多邊形、卵形或者圓形布局。
[0076]在圖14中，設(shè)立了完整的溝槽或者溝槽部分5以形成瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的、凸出的底部部分。如在圖14中所示意地，使用圖案化掩模6作為摻雜劑9將磷引入溝槽或者溝槽部分5的底側(cè)52中。優(yōu)選地使用離子注入技術(shù)引入磷9?？商娲?，還能夠使用液體或者固體源利用掩模擴(kuò)散熔爐過程引入磷9。在溝槽的側(cè)壁上沉積的擴(kuò)散掩模能夠例如是氮化娃層。
[0077]注入的摻雜劑的劑量確定以后凸出的底部部分的特性和尺寸。在圖14中，磷被專門地引入溝槽或者溝槽部分5的底側(cè)52中。
[0078]起初地為溝槽或者溝槽部分5的蝕刻提供的掩模6相應(yīng)地用作圖14中的注入掩模，從而磷9僅僅被引入溝槽或者溝槽部分5的底側(cè)52中。
[0079]執(zhí)行第一熱過程，典型地高溫?zé)徇^程。熱過程發(fā)起如在圖15中所示意的在溝槽或者溝槽部分的底側(cè)中注入的磷的擴(kuò)散過程。
[0080]在執(zhí)行熱過程之前可以例如利用濕式化學(xué)蝕刻關(guān)于半導(dǎo)體塊體10的第一表面11選擇性地移除圖案化掩模6。
[0081]圖15示出一旦第一熱過程發(fā)起擴(kuò)散過程時(shí)注入的磷91便在其中滲透的擴(kuò)散區(qū)域92。擴(kuò)散區(qū)域92開始從起初地在此處注入磷9的溝槽或者溝槽部分5的底側(cè)52生長。注入的摻雜劑91擴(kuò)散到半導(dǎo)體塊體10的深度中從而圍繞溝槽或者溝槽部分5的底側(cè)52形成凸出的或者近似蘋果形的擴(kuò)散區(qū)域92。
[0082]擴(kuò)散區(qū)域92的豎直和橫向尺寸可以受到注入的摻雜劑的劑量和第一熱過程的參數(shù)諸如溫度和持續(xù)時(shí)間控制。摻雜劑的注入劑量越高，擴(kuò)散區(qū)域92的豎直和橫向范圍越大。熱過程的持續(xù)時(shí)間越長，擴(kuò)散區(qū)域92的豎直和橫向范圍越大。
[0083]與之相應(yīng)地，在制造瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的凸出的底部部分時(shí)，將從由熱擴(kuò)散過程定義的區(qū)域即從擴(kuò)散區(qū)域移除材料。
[0084]在從擴(kuò)散區(qū)域移除材料之前，擴(kuò)散區(qū)域被氧化。擴(kuò)散區(qū)域的氧化在第二熱過程中執(zhí)行。根據(jù)氧化過程選擇第二熱過程的溫度范圍。氧化過程可以是干式氧化過程。優(yōu)選地執(zhí)行濕式氧化過程。
[0085]上述氧化過程的氧化速率依賴于存在于擴(kuò)散區(qū)域92中的摻雜劑濃度。摻雜劑的劑量越高，在擴(kuò)散區(qū)域中的摻雜劑濃度越高并且因此氧化速率越高。由于在溝槽或者溝槽部分5的橫向側(cè)51和底部52中的不同的摻雜劑濃度，氧化過程是選擇性的并且氧化速率依賴于摻雜劑濃度。
[0086]圖16示意在如上所述氧化過程之后的溝槽或者溝槽部分5。氧化區(qū)域94在橫向側(cè)51和凸出區(qū)域93中形成。凸出區(qū)域93由前面的擴(kuò)散過程定義并且基本匹配圖15中的擴(kuò)散區(qū)域92。
[0087]因?yàn)樵谠搶?shí)施例中基本上沒有任何摻雜劑在溝槽或者溝槽部分5的橫向側(cè)51中注入，所以在橫向側(cè)51中的氧化速率是低的并且在橫向側(cè)51中氧化區(qū)域94的橫向尺寸是小的。在凸出區(qū)域93中的摻雜劑濃度比在橫向側(cè)51中的摻雜劑濃度高得多。結(jié)果，基本上整個(gè)凸出區(qū)域93被氧化。
[0088]移除氧化區(qū)域94的材料是利用選擇性蝕刻過程實(shí)現(xiàn)的。蝕刻過程可以通過干式蝕刻執(zhí)行。優(yōu)選地，執(zhí)行濕式蝕刻過程以形成凸出的底部部分?？梢砸詴r(shí)控的方式影響蝕亥IJ。蝕刻可以被執(zhí)行達(dá)預(yù)定的蝕刻時(shí)間。
[0089]圖17示出在上述蝕刻過程之后獲得的溝槽或者溝槽部分5。上部510和凸出的底部部分520形成溝槽或者溝槽結(jié)構(gòu)5的一個(gè)部分。凸出的底部部分520沿著橫向方向8比上部510更寬并且被布置在上部510下面。分別的溝槽或者溝槽部分5的該兩個(gè)凸出的底部部分520可以沿著橫向方向8界定或者限定半導(dǎo)體器件的溝道區(qū)域9，例如如在這里描述的去飽和溝道區(qū)域。上部510還可以被稱作瓶頸。
[0090]為了絕緣帶有凸出的底部部分的、完成的溝槽或者溝槽部分5，形成氧化物層。圖18示出帶有為上部510和凸出的底部部分520加襯里的氧化物層17的溝槽或者溝槽部分5。溝槽或者溝槽部分5可以隨后填充有傳導(dǎo)材料18，例如多晶硅。結(jié)果，氧化物層17分別地在溝槽或者溝槽部分5內(nèi)側(cè)的傳導(dǎo)材料18與半導(dǎo)體塊體10和溝道區(qū)域9之間提供絕緣。
[0091]根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，提供一種形成半導(dǎo)體器件的瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的方法。該溝槽結(jié)構(gòu)可以是根據(jù)在這里描述的實(shí)施例的去飽和溝道結(jié)構(gòu)或者去飽和單元的溝槽結(jié)構(gòu)。該溝槽結(jié)構(gòu)可以可替代地是帶有局部窄臺(tái)面(P匪)的臺(tái)面IGBT的溝槽結(jié)構(gòu)，或者可以是某種半導(dǎo)體器件的任何其它的溝槽結(jié)構(gòu)。
[0092]該方法包括在半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體層中形成溝槽。術(shù)語“半導(dǎo)體層”應(yīng)該包括包含兩個(gè)或者更多子層的多層的概念，其中溝槽可以穿入一個(gè)、兩個(gè)或者更多的子層中。半導(dǎo)體層可以是含硅半導(dǎo)體層，例如，可能已經(jīng)適當(dāng)?shù)負(fù)诫s的外延生長硅層。半導(dǎo)體層可以具有第一類型摻雜。半導(dǎo)體層可以是根據(jù)在這里描述的實(shí)施例的去飽和溝道結(jié)構(gòu)的第一類型摻雜區(qū)域。
[0093]溝槽具有橫向側(cè)和底側(cè)。溝槽可以形成有基本豎直的側(cè)壁。溝槽可以在半導(dǎo)體器件的第一主表面中，即，在它的前表面中形成?？梢允褂脗鹘y(tǒng)的技術(shù)例如形成圖案化溝槽蝕刻掩模并且使用圖案化溝槽蝕刻掩模各向異性地蝕刻半導(dǎo)體層。
[0094]該方法包括將摻雜劑引入底側(cè)中。摻雜劑可以是η型摻雜劑諸如磷，但是還可以是砷和/或銻，或者P型摻雜劑諸如硼和鎵，或者可以是前述摻雜劑的任何組合。注入劑量能夠處于114CnT2到10 17CnT2的范圍中諸如大約10 15cm_2。摻雜劑可以被專門地引入溝槽的底側(cè)中?？商娲?，可以在溝槽的底部部分中引入摻雜劑。摻雜劑可以被引入側(cè)壁的、不是最上面的片段的片段中。可以通過注入引入摻雜劑。溝槽蝕刻掩模可以被用于引入摻雜劑，特別地用于注入摻雜劑?？商娲?，可以使用不同于溝槽蝕刻掩模的注入掩模。
[0095]可以使用液體或者固體源利用掩模擴(kuò)散熔爐過程引入摻雜劑。在磷的情形中，這例如能夠基于POCl3受到影響。引入摻雜劑可以包括使半導(dǎo)體層傾斜。這可以改進(jìn)將摻雜劑引入溝槽側(cè)面的選定片段中的準(zhǔn)確度。
[0096]隨后例如利用濕式化學(xué)蝕刻來移除溝槽蝕刻掩?；蛘咦⑷胙谀！＞彌_HF酸可以被用于選擇性蝕刻。在此情形中，蝕刻能夠以時(shí)控的方式，即，利用帶有預(yù)定蝕刻時(shí)間或者帶有終點(diǎn)控制的蝕刻執(zhí)行。
[0097]該方法進(jìn)一步包括加熱半導(dǎo)體器件以將摻雜劑擴(kuò)散到擴(kuò)散區(qū)域中。擴(kuò)散區(qū)域可以使得它的中心處于在此處引入摻雜劑的溝槽的底部?？梢詧?zhí)行加熱達(dá)在從60分鐘到600分鐘的范圍中，例如在從120分鐘到140分鐘的范圍中的加熱時(shí)間段。加熱溫度可以處于從800°C到1300°C的范圍中，例如，從900°C到1100°C的范圍中。擴(kuò)散區(qū)域的尺寸可以受到摻雜劑的注入劑量和加熱過程的參數(shù)控制?？梢詧?zhí)行幾個(gè)加熱過程。
[0098]該方法進(jìn)一步包括選擇性地蝕刻擴(kuò)散區(qū)域以形成瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)。選擇性蝕刻可以伴隨著氧化擴(kuò)散區(qū)域。根據(jù)第一可替代方案，這個(gè)氧化可以在選擇性地蝕刻(被氧化的)擴(kuò)散區(qū)域之前進(jìn)行。根據(jù)第二可替代方案，氧化可以在選擇性蝕刻過程期間進(jìn)行，即，可以執(zhí)行組合的氧化和選擇性蝕刻過程。
[0099]在第一可替代方案中，該方法可以包括氧化擴(kuò)散區(qū)域，并且隨后選擇性地蝕刻被氧化的擴(kuò)散區(qū)域。氧化擴(kuò)散區(qū)域可以是濕式化學(xué)氧化。濕式化學(xué)氧化提供快速的氧化。擴(kuò)散區(qū)域的氧化能夠比溝槽的其它部分的氧化更快。例如，當(dāng)在含硅半導(dǎo)體層中使用磷作為摻雜劑時(shí)，與不含磷的含硅層的區(qū)域相比，帶有高磷摻雜濃度的硅的氧化速率大大地增加。該氧化過程可以是時(shí)控氧化過程。
[0100]在選擇性蝕刻的第二可替代方案中，選擇性地蝕刻擴(kuò)散區(qū)域可以包括在酸蝕刻溶液中選擇性地蝕刻擴(kuò)散區(qū)域。酸蝕刻溶液可以包括氧化成分。氧化成分可以適于選擇性地即主要地氧化包含摻雜劑的擴(kuò)散區(qū)域。酸溶液可以進(jìn)一步包括適于選擇性地蝕刻被氧化成分氧化的材料的移除成分。例如，酸溶液可以包括順03和HF或者由HNO 3和HF組成。
[0101]通過經(jīng)過摻雜劑例如磷的濃度控制蝕刻速率，與各向異性蝕刻相比，能夠減小溝槽結(jié)構(gòu)的尺寸的變化。此外，與通過各向異性蝕刻的處理相對(duì)照，越過晶圓或者芯片的溝槽結(jié)構(gòu)的尺寸的分布的變化能夠保持為小。
[0102]在這兩種可替代方案中，選擇性蝕刻的總體過程可以是時(shí)控的。可替代地或者另外地，可以通過在選擇性地蝕刻擴(kuò)散區(qū)域時(shí)檢測一種檢測材料來控制選擇性蝕刻的過程。該檢測材料可以在蝕刻過程期間釋放。釋放的檢測材料可以是氣體。該檢測可以在不同于在上文中描述的溝槽的偽溝槽中進(jìn)行。檢測材料可以已經(jīng)在特定的位置處被引入偽溝槽中，例如，被引入它的側(cè)壁中或者側(cè)壁氧化物中，從而當(dāng)檢測到檢測材料時(shí)，這將指示選擇性蝕刻過程已經(jīng)進(jìn)展到這個(gè)位置并且將指示選擇性蝕刻過程應(yīng)被終止。
[0103]該方法可以包括在半導(dǎo)體層中形成偽溝槽。該偽溝槽可以平行于根據(jù)在這里描述的實(shí)施例的去飽和溝道結(jié)構(gòu)的溝槽(一個(gè)或多個(gè))形成。偽溝槽可以在去飽和溝道結(jié)構(gòu)的外側(cè)形成，即與去飽和溝道結(jié)構(gòu)空間地分離。偽溝槽可以在半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域中形成。在此情形中，可以在諸如圖2和3所示那些的截面中看到一個(gè)或者多個(gè)偽溝槽?？商娲?，偽溝槽可以在不存在任何有源IGBT單元的半導(dǎo)體器件的周邊區(qū)域中形成。存在這種偽溝槽能夠指示根據(jù)在這里描述的實(shí)施例的形成溝槽結(jié)構(gòu)的方法已經(jīng)得以執(zhí)行。
[0104]偽溝槽具有橫向側(cè)和底側(cè)。該方法可以包括將檢測材料弓I入偽溝槽的橫向側(cè)中和/或底側(cè)中。該方法可以包括將摻雜劑引入偽溝槽的底側(cè)中、加熱半導(dǎo)體器件以將摻雜劑擴(kuò)散到偽溝槽的擴(kuò)散區(qū)域中、并且選擇性地蝕刻偽溝槽的擴(kuò)散區(qū)域。摻雜劑的引入、加熱和選擇性蝕刻過程可以與在這里描述的用于形成去飽和溝道結(jié)構(gòu)的那些相同。它們可以同時(shí)地進(jìn)行。偽溝槽可以不同于去飽和溝道結(jié)構(gòu)的溝槽(一個(gè)或多個(gè))，例如偽溝槽可以是傳統(tǒng)的、筆直壁溝槽而不是瓶頸類型溝槽。形成偽溝槽不需要使用摻雜劑引入和/或擴(kuò)散區(qū)域的氧化。該方法可以包括在選擇性地蝕刻偽溝槽，例如它的擴(kuò)散區(qū)域時(shí)檢測一種檢測材料。該方法可以包括當(dāng)檢測到該檢測材料時(shí)停止溝槽的擴(kuò)散區(qū)域的選擇性蝕刻。
[0105]該方法可以包括例如在它的頂部處閉合溝槽。為此目的可以使用Venecia過程。這可以在加工半導(dǎo)體器件期間改進(jìn)檢測材料的封裝，并且可以改進(jìn)檢測材料的可檢測性。過程的檢測和因此控制的質(zhì)量和準(zhǔn)確度可以得到改進(jìn)。根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，形成半導(dǎo)體器件的瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的方法可以包括:氧化瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的所有的側(cè)面以提供氧化物層，并且至少部分地利用傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料例如高摻雜多晶硅填充瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)。在其中，氧化物層可以在瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)中的傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體層之間提供絕緣?？商娲?，該方法可以:包括摻雜瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的所有的側(cè)面以提供分離層，并且至少部分地利用傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料諸如多晶硅填充瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)。在其中，半導(dǎo)體層具有第一類型摻雜并且分離層具有第二類型摻雜以在瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)中的傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體層之間提供分離。
[0106]形成瓶頸類型結(jié)構(gòu)的方法可以是形成去飽和溝道結(jié)構(gòu)的方法的一個(gè)部分。形成去飽和溝道結(jié)構(gòu)可以包括形成根據(jù)在這里描述的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件所需要的所有的過程。
[0107]可替代地，形成瓶頸結(jié)構(gòu)的方法可以例如是例如為峰值電流安全二極管形成自收縮溝道的方法的一個(gè)部分。在其中，半導(dǎo)體層是η型摻雜的。例如，通過從氣相的乙硼烷摻雜或者通過PLAD注入，分離層可以是ρ++摻雜的。
[0108]雖然可能在某些圖中而沒有在其它的圖中示出本發(fā)明的各種實(shí)施例的具體特征，但是這是僅僅為了方便起見。根據(jù)本發(fā)明的原理，一副圖的任何特征可能被與任何的另一幅圖的任何特征相組合地提到和/或聲明。
[0109]為了易于說明使用了空間相對(duì)術(shù)語諸如“下面”、“之下”、“較低”、“之上”、“較高”等以解釋一個(gè)元件相對(duì)于第二元件的定位。除了不同于在圖中描繪的那些定向的定向，這些術(shù)語旨在涵蓋器件的不同的定向。此外，術(shù)語諸如“第一”、“第二”等還被用于描述各種元件、區(qū)域、片段、區(qū)段等，并且也并非旨在是限制性的。貫穿說明書，類似的術(shù)語指代類似的元件。
[0110]如在這里所使用地，術(shù)語“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是開放式術(shù)語，其指示所陳述的元件或者特征的存在但是并不排除另外的元件或者特征。除了單數(shù)之外，冠詞(“一”、“一個(gè)”和“該”)旨在包括復(fù)數(shù)，除非上下文清楚地另有指示。
[0111]出于以上變化和應(yīng)用的范圍，應(yīng)該理解本發(fā)明不受前面的說明所限制，它也不受附圖所限制。相反，本發(fā)明僅僅受所附權(quán)利要求和它們的法律等價(jià)形式所限制。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括: 包括第二類型摻雜漂移區(qū)的第一 IGBT單元；和 用于去飽和所述第一 IGBT單元中的電荷載流子濃度的去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括: 與所述漂移區(qū)形成pn結(jié)的第一類型摻雜區(qū)域， 布置在所述第一類型摻雜區(qū)域中并且沿著橫向方向布置在所述第一 IGBT單元一旁的溝槽的兩個(gè)部分或者兩個(gè)溝槽，兩個(gè)溝槽部分中的每一個(gè)或者所述兩個(gè)溝槽中的每一個(gè)具有在窄部下面的寬部，所述寬部至少沿著橫向方向界定所述第一類型摻雜區(qū)域的第一類型摻雜去飽和溝道區(qū)域并且所述窄部至少沿著橫向方向界定所述第一類型摻雜區(qū)域的第一類型摻雜臺(tái)面區(qū)域，其中沿著橫向方向，所述去飽和溝道區(qū)域具有小于所述臺(tái)面區(qū)域的寬度，并且其中所述去飽和溝道區(qū)域和所述臺(tái)面區(qū)域相互鄰接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括: 連接到所述IGBT單元的源極區(qū)域的第一電極端子； 連接到所述IGBT單元的柵電極的柵電極端子；和 在所述兩個(gè)溝槽部分中或者在所述兩個(gè)溝槽中的傳導(dǎo)材料， 其中所述第一類型摻雜臺(tái)面區(qū)域連接到所述第一電極端子，并且在所述兩個(gè)溝槽部分中或者在所述兩個(gè)溝槽中的所述傳導(dǎo)材料連接到所述柵電極端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述去飽和溝道區(qū)域具有用于切斷通過所述去飽和溝道區(qū)域的傳導(dǎo)路徑的閾值電壓，并且所述IGBT單元具有用于提供反型溝道的閾值電壓，其中用于切斷通過所述去飽和溝道區(qū)域的所述傳導(dǎo)路徑的閾值電壓的絕對(duì)值高于用于提供所述IGBT單元的反型溝道的閾值的絕對(duì)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中在所述兩個(gè)溝槽部分或者所述兩個(gè)溝槽外側(cè)的所述第一類型摻雜區(qū)域的外部區(qū)域鄰接所述去飽和溝道區(qū)域，并且其中所述去飽和溝道區(qū)域的第一類型摻雜低于所述臺(tái)面區(qū)域的第一類型摻雜和所述外部區(qū)域的第一類型摻雜中的至少一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一類型摻雜臺(tái)面區(qū)域構(gòu)成由所述兩個(gè)溝槽部分或者所述兩個(gè)溝槽的所述窄部沿著橫向方向界定的全部空間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括: 第二 IGBT單元， 其中所述去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被布置在所述第一 IGBT單元和所述第二 IGBT單元之間，所述第一類型摻雜區(qū)域至少在所述第一 IGBT單元和所述第二 IGBT單元之間延伸，并且所述去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)適于去飽和第一和第二 IGBT單元的漂移區(qū)域中的電荷載流子濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中在所述兩個(gè)溝槽部分中或者在所述兩個(gè)溝槽中的傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料被氧化物層和/或被第二類型摻雜層從所述臺(tái)面區(qū)域、從所述去飽和區(qū)域并且從所述第一類型摻雜區(qū)域的外部區(qū)域分離，所述外部區(qū)域位于所述兩個(gè)溝槽部分或者所述兩個(gè)溝槽外側(cè)并且鄰接所述去飽和溝道區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中以下中的至少一項(xiàng): (i)所述半導(dǎo)體器件是功率半導(dǎo)體器件； (ii)所述第一類型摻雜是P型摻雜； (iii)所述寬部比所述兩個(gè)溝槽部分或者所述兩個(gè)溝槽的所述窄部寬至少20%； (iv)在所述去飽和溝道區(qū)域中的第一類型摻雜比在所述臺(tái)面區(qū)域中的第一類型摻雜小至少50% ； (v)在所述去飽和溝道區(qū)域中的第一類型摻雜比在所述第一類型摻雜區(qū)域的外部區(qū)域中的第一類型摻雜小至少50%，所述外部區(qū)域位于所述兩個(gè)溝槽部分或者所述兩個(gè)溝槽外側(cè)并且鄰接所述去飽和溝道區(qū)域；和 (vi)所述去飽和溝道區(qū)域比所述臺(tái)面區(qū)域窄至少50%。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括: 包括第二類型摻雜漂移區(qū)的第一 IGBT單元；和 用于去飽和所述第一 IGBT單元中的電荷載流子濃度的去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括: 與所述漂移區(qū)形成pn結(jié)的第一類型摻雜區(qū)域， 布置在所述第一類型摻雜區(qū)域中并且沿著橫向方向布置在所述第一 IGBT單元一旁的溝槽的兩個(gè)部分或者兩個(gè)溝槽，其中兩個(gè)溝槽部分或者所述兩個(gè)溝槽至少沿著橫向方向界定包括第一類型摻雜去飽和溝道區(qū)域和第一類型摻雜本體區(qū)域的臺(tái)面區(qū)域，其中所述去飽和溝道區(qū)域的第一類型摻雜低于所述本體區(qū)域的第一類型摻雜，其中所述去飽和溝道區(qū)域被布置在所述本體區(qū)域下面，并且其中所述去飽和溝道區(qū)域和所述本體區(qū)域相互鄰接。
10.一種操作半導(dǎo)體器件的方法，所述半導(dǎo)體器件包括第一電極端子、第二電極端子、柵電極端子、和包括柵電極、第一電極、第二電極和漂移區(qū)域的第一 IGBT單元，所述柵電極連接到所述柵電極端子，所述第一電極連接到所述第一電極端子，并且所述第二電極連接到所述第二電極端子，所述半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括去飽和溝道，所述去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一部分連接到所述第一電極端子并且所述去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二部分連接到用于控制所述去飽和溝道的所述柵電極端子，所述方法包括: 將帶有第一值的柵電壓施加到所述柵電極端子，其中電流在所述第一電極端子和所述第二電極端子之間通過所述第一 IGBT單元流動(dòng)并且其中通過所述去飽和溝道的電流基本上被阻斷； 將帶有第二值的柵電壓施加到所述柵電極端子，所述第二值的絕對(duì)值低于所述第一值的絕對(duì)值，其中電流在所述第一電極端子和所述第二電極端子之間通過所述第一 IGBT單元流動(dòng)并且其中電荷載流子作為去飽和電流從所述第一 IGBT單元的所述漂移區(qū)域通過所述去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的所述去飽和溝道流動(dòng)到所述第一電極端子；和 將帶有第三值的柵電壓施加到所述柵電極端子，所述第三值的絕對(duì)值低于第一和第二值的分別的絕對(duì)值，其中在所述第一電極端子和所述第二電極端子之間通過所述第一 IGBT單元的電流基本上被阻斷。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一IGBT單元的所述漂移區(qū)域是第二類型摻雜的，并且所述去飽和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:與所述第一 IGBT單元的所述第二類型摻雜漂移區(qū)域形成pn結(jié)的第一類型摻雜區(qū)域、布置在所述第一類型摻雜區(qū)域中并且沿著橫向方向布置在所述第一 IGBT單元一旁的溝槽的兩個(gè)部分或者兩個(gè)溝槽，兩個(gè)溝槽部分中的每一個(gè)或者所述兩個(gè)溝槽中的每一個(gè)具有窄部和在所述窄部下面的寬部，所述寬部至少沿著橫向方向界定所述第一類型摻雜區(qū)域的第一類型摻雜去飽和溝道區(qū)域并且所述窄部至少沿著橫向方向界定所述第一類型摻雜區(qū)域的第一類型摻雜臺(tái)面區(qū)域，其中沿著橫向方向，所述去飽和溝道區(qū)域具有小于所述臺(tái)面區(qū)域的寬度，并且其中所述去飽和溝道區(qū)域和所述臺(tái)面區(qū)域相互鄰接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述半導(dǎo)體器件包括在所述兩個(gè)溝槽部分中或者在所述兩個(gè)溝槽中的傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料，其中所述第一類型摻雜臺(tái)面區(qū)域是連接到所述第一電極端子的第一部分，并且所述傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料是連接到所述柵電極端子的第二部分。
13.—種形成半導(dǎo)體器件的瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括: 在半導(dǎo)體層中形成具有橫向側(cè)和底側(cè)的溝槽； 將摻雜劑引入所述底側(cè)中； 加熱所述半導(dǎo)體器件以將摻雜劑擴(kuò)散到擴(kuò)散區(qū)域中；和 選擇性地蝕刻所述擴(kuò)散區(qū)域以形成所述瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 氧化所述擴(kuò)散區(qū)域， 其中選擇性地蝕刻所述擴(kuò)散區(qū)域包括選擇性地蝕刻被氧化的擴(kuò)散區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 氧化所述瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的所有的側(cè)面以提供氧化物層；和 至少部分地利用傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料填充所述瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)， 其中所述氧化物層在所述瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)中的所述傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料和所述半導(dǎo)體層之間提供絕緣。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 摻雜所述瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)的所有的側(cè)面以提供分離層；和 至少部分地利用傳導(dǎo)材料填充所述瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)， 其中所述半導(dǎo)體層具有第一類型摻雜并且所述分離層具有第二類型摻雜以在所述瓶頸類型溝槽結(jié)構(gòu)中的所述傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料和所述半導(dǎo)體層之間提供分離。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中選擇性地蝕刻所述擴(kuò)散區(qū)域包括在包括HNOJPHF的酸蝕刻溶液中選擇性地蝕刻所述擴(kuò)散區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述半導(dǎo)體層中形成所述溝槽包括利用溝槽蝕刻掩模蝕刻所述溝槽，并且其中將摻雜劑引入所述底側(cè)中包括使用所述溝槽蝕刻掩模或者使用不同于所述溝槽蝕刻掩模的注入掩模將摻雜劑注入所述摻雜劑側(cè)面中。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中加熱所述半導(dǎo)體器件以將摻雜劑擴(kuò)散到所述擴(kuò)散區(qū)域中包括在加熱時(shí)間段中將所述半導(dǎo)體器件加熱到加熱溫度，所述加熱溫度處于從800°C到1300°C的范圍中，并且所述加熱時(shí)間段處于從60分鐘到600分鐘的范圍中，其中所述擴(kuò)散區(qū)域的尺寸由摻雜劑的引入劑量、所述加熱溫度和所述加熱時(shí)間段控制。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 在所述半導(dǎo)體層中形成具有橫向側(cè)和底側(cè)的偽溝槽； 將摻雜劑引入所述偽溝槽的所述底側(cè)中； 加熱所述半導(dǎo)體器件以將摻雜劑擴(kuò)散到所述偽溝槽的擴(kuò)散區(qū)域中； 選擇性地蝕刻所述偽溝槽的所述擴(kuò)散區(qū)域；在選擇性地蝕刻所述偽溝槽的所述擴(kuò)散區(qū)域時(shí)檢測一種檢測材料；和當(dāng)檢測到所述檢測材料時(shí)停止所述溝槽的所述擴(kuò)散區(qū)域的選擇性蝕刻。
【文檔編號(hào)】H01L21/77GK104485328SQ201410021649
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】拉文 J., 舒爾策 H-J. 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司