提供了一種半導(dǎo)體設(shè)備。進(jìn)一步地，還提供了一種生產(chǎn)這種半導(dǎo)體設(shè)備的方法。

背景技術(shù)：

1、m.takei等人的文獻(xiàn)“具有極大注入增強(qiáng)的介電阻擋igbt”(見2010年第22屆功率半導(dǎo)體設(shè)備與集成電路國際研討會(ispsd)，2010年，第383-386頁)提到了注入增強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、待解決的問題是提供一種具有改進(jìn)的電氣性能的半導(dǎo)體設(shè)備。

2、該目的尤其通過獨(dú)立專利權(quán)利要求中限定的半導(dǎo)體設(shè)備和方法來實(shí)現(xiàn)。示例性的進(jìn)一步改進(jìn)方案構(gòu)成了從屬權(quán)利要求的主題。

3、例如，本文所述的半導(dǎo)體設(shè)備包括半導(dǎo)體本體中的第一阻擋區(qū)。阱區(qū)的至少一部分位于第一阻擋區(qū)和第一半導(dǎo)體區(qū)之間，第一阻擋區(qū)是用于至少一種導(dǎo)電類型的載流子的阻擋部。至少一個插塞區(qū)或第一電極在向第一阻擋區(qū)的方向上比第一半導(dǎo)體區(qū)更深地延伸到半導(dǎo)體本體中。利用這樣的第一阻擋層，可以保持相對較低的生產(chǎn)成本，同時實(shí)現(xiàn)集電極和發(fā)射極之間或源極和漏極之間的飽和電壓vce-sat的改善，并且還可以實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)備長期可靠性。

4、例如，半導(dǎo)體本體由硅(si)制成。然而，半導(dǎo)體本體能夠可以替代性地由寬帶隙半導(dǎo)體材料(如sic、ga2o3或gan)制成。

5、例如，半導(dǎo)體設(shè)備是金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(misfet)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(mosfet)、絕緣柵雙極晶體管(igbt)、反向?qū)ń^緣柵雙極晶體管(rc-igbt)、雙極結(jié)型晶體管(bjt)、晶閘管、柵極可關(guān)斷晶閘管(gto)、柵極換流晶閘管(gct)或結(jié)型柵極場效應(yīng)晶體管(jfet)。

6、例如，半導(dǎo)體設(shè)備是功率設(shè)備。例如，半導(dǎo)體設(shè)備被配置成使源極或發(fā)射極電極與漏極或集電極之間的最大電壓至少為0.2kv或至少為0.6kv或至少為1.2kv。替代性地或附加地，半導(dǎo)體設(shè)備被配置成使源極或發(fā)射極與漏極或集電極之間的電流至少為0.01ka或至少為0.1ka或至少為1ka和/或至多為100ka或至多為10ka。也就是說，借助柵極電極以及通過在第一電極和第二電極之間具有相應(yīng)的電壓，可以控制經(jīng)過半導(dǎo)體設(shè)備的電流的流，尤其是可以通過打開或關(guān)閉柵極電極處的電壓來導(dǎo)通或關(guān)斷電流的流。

7、因此，可行的是半導(dǎo)體設(shè)備是半導(dǎo)體芯片或半導(dǎo)體盤，并且可以是任何類型的igbt或misfet。

8、半導(dǎo)體設(shè)備例如是功率模塊以將來自電池的直流電流轉(zhuǎn)換為用于電動機(jī)的交流電，該電動機(jī)例如在混合動力車輛或插電式電動車輛等的車輛中或在如通勤列車等的鐵路交通中。

9、在至少一個實(shí)施例中，半導(dǎo)體設(shè)備包括：

10、-半導(dǎo)體本體的頂側(cè)處的柵極電極；

11、-頂側(cè)處的第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)，該第一半導(dǎo)體區(qū)為源極區(qū)或發(fā)射極區(qū)；

12、-可選地，第二導(dǎo)電類型的插塞區(qū)；

13、-與第一半導(dǎo)體區(qū)和插塞區(qū)電接觸的第一電極，并且可以因此是發(fā)射極電極或源極電極；

14、-第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)，第一半導(dǎo)體區(qū)至少部分地嵌入該阱區(qū)中；以及

15、-包括部分或完全在半導(dǎo)體本體中的第一阻擋區(qū)的至少一個阻擋區(qū)，

16、其中，

17、-阱區(qū)的至少一部分位于第一阻擋區(qū)和第一半導(dǎo)體區(qū)之間；

18、-第一阻擋區(qū)是用于至少第二導(dǎo)電類型的載流子的阻擋部；以及

19、-至少一個插塞區(qū)或第一電極在向第一阻擋區(qū)的方向上比第一半導(dǎo)體區(qū)更深或一樣深地延伸到半導(dǎo)體本體中。

20、插塞區(qū)和/或第一電極延伸到半導(dǎo)體本體中意味著，例如，插塞區(qū)和/或第一電極在遠(yuǎn)離頂側(cè)的方向上更深地延伸到半導(dǎo)體本體中。換句話說，插塞區(qū)和/或第一電極從半導(dǎo)體本體的頂側(cè)延伸至背側(cè)，并且例如在背側(cè)部應(yīng)用第二電極，該第二電極可以是漏極電極或集電極電極。也就是說，插塞區(qū)和/或第一電極部分穿過半導(dǎo)體本體。因此，插塞區(qū)和/或第一電極的深度大于第一半導(dǎo)體區(qū)的深度。

21、例如，本設(shè)備涉及平面igbt技術(shù)。具體而言，描述了一種平面igbt設(shè)計，其中參考igbt設(shè)計中存在的發(fā)射極接觸(emitter?contact，發(fā)射極觸點(diǎn))處的空穴的豎直路徑被至少一個阻擋區(qū)阻斷。至少一個阻擋區(qū)可以是或包括電介質(zhì)或高摻雜n層，迫使空穴平行于柵極氧化物界面處形成的電子通道流動，并從側(cè)發(fā)射極接觸處離開設(shè)備，從而增加該區(qū)的等離子體濃度，產(chǎn)生強(qiáng)大的注入增強(qiáng)效應(yīng)，最終得到顯著改善的技術(shù)曲線。該設(shè)計可以被視為精細(xì)圖案化溝槽igbt旋轉(zhuǎn)90°的功能等效物(在橫截面圖中)。

22、近來，溝槽igbt因其卓越的導(dǎo)通性能和改善的涉及關(guān)斷能量eoff和vce-sat之間權(quán)衡(trade?off)的技術(shù)曲線，在很大程度上被認(rèn)為是相比平面igbt更優(yōu)選的設(shè)計選擇。溝槽igbt設(shè)計得益于其卓越的等離子體分布(profile)，這源于發(fā)射極附近電子和空穴的緊密間隔的豎直流，產(chǎn)生了注入增強(qiáng)效應(yīng)。通過縮短發(fā)射極接觸的長度lpcont，或者換句話說，通過減小相鄰的溝槽之間的距離，可以進(jìn)一步改善溝槽結(jié)構(gòu)中igbt的等離子體分布以及因而改善其導(dǎo)通性能。

23、相比之下，在傳統(tǒng)的平面igbt結(jié)構(gòu)中，從平面通道注入的電子迫使空穴從發(fā)射極接觸的邊緣附近側(cè)向進(jìn)入。因此，在傳統(tǒng)的平面igbt設(shè)計中，等離子體分布以及vce-sat不能像溝槽設(shè)備那樣簡單地通過縮短發(fā)射極接觸長度來改善。然而，平面igbt提供了其他優(yōu)勢，例如更好的長期可靠性(即設(shè)備壽命)和與溝槽設(shè)計相比強(qiáng)大的服務(wù)導(dǎo)向的架構(gòu)性能，以及不太復(fù)雜且因此更便宜的生產(chǎn)工藝。

24、因此，期望的是在平面設(shè)計中，以實(shí)現(xiàn)與溝槽設(shè)計相同甚至改善的導(dǎo)通性能同時保留平面設(shè)計的原有優(yōu)勢的方式設(shè)計電子和空穴流動。簡言之，期望的是兼具全部(也就是溝槽設(shè)計和平面設(shè)計)優(yōu)點(diǎn)的新型igbt設(shè)計。

25、此前，takei等人提出的介電阻擋(db)-igbt通過引入介電層作為朝向發(fā)射極接觸的空穴路徑的阻擋部，部分實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。然而，在他們的設(shè)計中，空穴是從n源極區(qū)之間的p+區(qū)以三維方式提取出來的。這相對于本文所述的半導(dǎo)體設(shè)備具有兩個缺點(diǎn)：(i)它從根本上降低了注入增強(qiáng)效應(yīng)；以及(ii)最大化注入增強(qiáng)效應(yīng)所需的最小可實(shí)現(xiàn)的發(fā)射極接觸寬度受到光刻技術(shù)的限制。

26、在本文所述的半導(dǎo)體設(shè)備(本文稱為類溝槽平面絕緣柵雙極晶體管，tlp-igbt)中，還提出了使用阻擋層阻斷空穴的豎直路徑，并替代地將空穴改道以與電子通道平行流動，但空穴將經(jīng)由例如側(cè)發(fā)射極接觸離開。該特征允許通過減小側(cè)發(fā)射極接觸尺寸(如lpcont)來進(jìn)一步改善注入增強(qiáng)效應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)就像根據(jù)溝槽設(shè)計的設(shè)備的增強(qiáng)的導(dǎo)通性能和技術(shù)曲線。

27、此外，與在根據(jù)參考溝槽設(shè)計的設(shè)備中不同，本文所述的設(shè)計使得通過縮小豎直尺寸lpcont來實(shí)現(xiàn)真正的點(diǎn)接觸發(fā)射極設(shè)備，而不受任何光刻技術(shù)限制成為可能。此外，提出了沿著豎直維度堆疊多個這樣的單元，類似于溝槽單元的橫向堆疊，來進(jìn)一步提高性能。此外，至少一個阻擋層不限于介電材料，并且也可以是半導(dǎo)體層，例如n+si。

28、簡言之，與參考平面技術(shù)平臺相比，上述特征的引入帶來了顯著改善的導(dǎo)通損耗和技術(shù)曲線，使其成為用于適用于低壓平臺和高壓平臺的下一代新型平面igbt技術(shù)的潛在候選方案。

29、根據(jù)至少一個實(shí)施例，該半導(dǎo)體設(shè)備包括第二導(dǎo)電類型的插塞區(qū)。借助插塞區(qū)，可以與阱區(qū)電接觸，尤其是通過第一電極。

30、如果沒有專用的插塞區(qū)，阱區(qū)本身也可以滿足插塞區(qū)的功能，即與第一半導(dǎo)體區(qū)電接觸。也就是說，插塞區(qū)可以集成在阱區(qū)中。

31、根據(jù)至少一個實(shí)施例，例如，在頂側(cè)的俯視圖中可見，插塞區(qū)全部沿著第一半導(dǎo)體區(qū)和/或柵極電極延伸。例如，插塞區(qū)全部沿著第一半導(dǎo)體區(qū)延伸，并且部分或完全與第一半導(dǎo)體區(qū)重疊。換句話說，第一半導(dǎo)體區(qū)可以部分或完全覆蓋插塞區(qū)，使得第一半導(dǎo)體區(qū)直接在插塞區(qū)和頂側(cè)之間。替代性地或附加地，在俯視圖中，插塞區(qū)可以在遠(yuǎn)離柵極電極的一側(cè)沿著第一半導(dǎo)體區(qū)延伸。換句話說，在頂側(cè)的俯視圖中可見，插塞區(qū)的至少一部分位于第一半導(dǎo)體區(qū)旁邊，并且第一半導(dǎo)體區(qū)位于柵極電極和插塞區(qū)之間。在這種配置方式中，頂側(cè)可以部分地由插塞區(qū)形成。

32、根據(jù)至少一個實(shí)施例，第一電極與第一阻擋區(qū)直接接觸。也就是說，第一電極延伸到半導(dǎo)體本體中直至第一阻擋區(qū)，或者延伸到第一阻擋區(qū)中，或者甚至延伸穿過第一阻擋區(qū)。除此以外，第一電極可以遠(yuǎn)離第一阻擋區(qū)終止。例如，在垂直于頂側(cè)的方向上，第一阻擋區(qū)和第一電極之間的距離至少為0.1μm和/或至多為0.5μm。

33、可行的是第一阻擋區(qū)與頂側(cè)平行延伸。例如，在橫截面圖中，第一阻擋區(qū)的長度超過第一阻擋區(qū)的厚度至少大五倍，或至少大十倍，和/或至多大50倍。這可以從第一電極接觸區(qū)域的對稱平面開始適用。

34、根據(jù)至少一個實(shí)施例，插塞區(qū)與第一阻擋區(qū)直接接觸。也就是說，插塞區(qū)延伸到半導(dǎo)體本體中直至第一阻擋區(qū)，或者延伸到第一阻擋區(qū)中，或者甚至延伸穿過第一阻擋區(qū)。除此以外，插塞區(qū)可以遠(yuǎn)離第一阻擋區(qū)終止。例如，在垂直于頂側(cè)的方向上，第一阻擋區(qū)和插塞區(qū)之間的距離至少為0.1μm，或至少為0.5μm，和/或至多為2μm。

35、根據(jù)至少一個實(shí)施例，第一阻擋區(qū)在面向第一半導(dǎo)體區(qū)的第一阻擋區(qū)的一側(cè)處被半導(dǎo)體本體完全覆蓋。這例如應(yīng)用在穿過半導(dǎo)體本體垂直于頂側(cè)的至少一個橫截面中。例如，在相鄰的第一半導(dǎo)體區(qū)之間，第一阻擋區(qū)完全被阱區(qū)和/或插塞區(qū)覆蓋。也就是說，第一電極可以覆蓋從源極區(qū)露出的插塞區(qū)的頂面，使得插塞區(qū)與頂側(cè)傾斜延伸并被第一電極接觸的面積占比不存在或不顯著。

36、根據(jù)至少一個實(shí)施例，第一阻擋區(qū)由一個或多個摻雜的阻擋層構(gòu)成或包括一個或多個摻雜的阻擋層。例如，至少一個摻雜的阻擋層為第一導(dǎo)電類型。

37、根據(jù)至少一個實(shí)施例，第一阻擋區(qū)由一個或多個介電層構(gòu)成或包括一個或多個介電層?？尚械氖遣煌慕殡姴牧媳唤M合以形成第一阻擋區(qū)。

38、例如，至少一個介電層由以下材料中的至少一種制成：sio2、si3n4、al2o3、y2o3、zro2、hfo2、la2o3、ta2o5、tio2。因此，柵極絕緣也可以被稱為氧化物層?？梢詾榘雽?dǎo)體設(shè)備中的所有其他電絕緣層選擇相同的材料。

39、根據(jù)至少一個實(shí)施例，半導(dǎo)體本體還包括第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)。例如，漂移區(qū)直接鄰接阱區(qū)和/或第一阻擋區(qū)。漂移區(qū)可以直接位于柵極絕緣層處。

40、根據(jù)至少一個實(shí)施例，在平行于頂側(cè)的方向上，第一阻擋區(qū)延伸到漂移區(qū)中。例如，第一阻擋區(qū)終止于漂移區(qū)，尤其是在阱區(qū)之外。

41、根據(jù)至少一個實(shí)施例，第一阻擋區(qū)以突出長度從阱區(qū)突出到漂移區(qū)中。漂移區(qū)可以沿著與頂側(cè)平行和/或遠(yuǎn)離第一電極的方向從阱區(qū)突出，從而也從第一半導(dǎo)體區(qū)突出。例如，突出長度至少為沿著同一方向的阱區(qū)和/或源極區(qū)的寬度的10％或30％或50％。替代性地或附加地，突出長度至多為沿著同一方向的阱區(qū)和/或源極區(qū)的寬度的300％或200％或150％。

42、根據(jù)至少一個實(shí)施例，第一阻擋區(qū)沿著垂直于頂側(cè)的方向?qū)⑵茀^(qū)與阱區(qū)和/或插塞區(qū)分開。因此，沿著所述方向，漂移區(qū)和阱區(qū)和/或插塞區(qū)之間可能不存在直接連接。

43、根據(jù)至少一個實(shí)施例，第一阻擋區(qū)包括一個或多個開口。該至少一個開口可以完全延伸穿過第一阻擋區(qū)。因此，在至少一個開口中，半導(dǎo)體本體，例如漂移區(qū)，可以從第一阻擋區(qū)露出。

44、根據(jù)至少一個實(shí)施例，在頂側(cè)的俯視圖中，至少一個開口位于第一半導(dǎo)體區(qū)和/或阱區(qū)和/或插塞區(qū)的旁邊。因此，在頂側(cè)的俯視圖中，該至少一個開口可以遠(yuǎn)離第一半導(dǎo)體區(qū)和/或阱區(qū)和/或插塞區(qū)。

45、根據(jù)至少一個實(shí)施例，半導(dǎo)體設(shè)備進(jìn)一步包括一個或多個第二阻擋區(qū)。至少一個第二阻擋區(qū)位于第一阻擋區(qū)和第一半導(dǎo)體區(qū)之間的半導(dǎo)體本體中。例如，至少一個第二阻擋區(qū)遠(yuǎn)離第一阻擋區(qū)以及第一半導(dǎo)體區(qū)。至少一個第二阻擋區(qū)是穿過半導(dǎo)體本體用于至少第二導(dǎo)電類型的載流子的阻擋部。

46、根據(jù)至少一個實(shí)施例，插塞區(qū)或第一電極中的至少一個沿著至少一個第二阻擋區(qū)朝向第一阻擋區(qū)延伸。因此，插塞區(qū)或第一電極可以在垂直于頂側(cè)的方向上全部沿著至少一個第二阻擋區(qū)延伸，例如從頂側(cè)開始。

47、根據(jù)至少一個實(shí)施例，至少一個第二阻擋區(qū)包括導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層借助另外的介電層與半導(dǎo)體本體電絕緣。因此，至少一個第二阻擋區(qū)可以采用多層設(shè)計。

48、根據(jù)至少一個實(shí)施例，所述第二阻擋區(qū)的數(shù)量至少為一個且至多為十個。例如，第二阻擋區(qū)的數(shù)量至少為兩個且至多為八個，或者，第二阻擋區(qū)的數(shù)量至少為兩個且至多為五個。

49、根據(jù)至少一個實(shí)施例，導(dǎo)電層與柵極電極或第一電極電接觸。因此，至少一個第二阻擋區(qū)可以相應(yīng)對應(yīng)于溝槽設(shè)計設(shè)備中的有源mos單元或虛擬mos單元。

50、根據(jù)至少一個實(shí)施例，至少一個第一導(dǎo)電類型的另外的第一半導(dǎo)體區(qū)在所述第二阻擋層的至少一個主側(cè)上與至少一個第二阻擋區(qū)直接接觸。所述至少一個另外的第一半導(dǎo)體區(qū)和相對應(yīng)的主側(cè)可以與頂側(cè)平行定向?？尚械氖沁@樣的另外的第一半導(dǎo)體區(qū)直接在相對應(yīng)的第二阻擋區(qū)的兩個主側(cè)上。

51、可行的是存在至少一個具有至少一個另外的第一半導(dǎo)體區(qū)的第二阻擋區(qū)，并且可以存在至少一個不具有任何指定的另外的第一半導(dǎo)體區(qū)，或者僅具有一個指定的另外的第一半導(dǎo)體區(qū)的第二阻擋區(qū)。例如，沒有任何指定的另外的第一半導(dǎo)體區(qū)或僅有一個指定的另外的第一半導(dǎo)體區(qū)的第二阻擋區(qū)是最下方的第二阻擋區(qū)，即距離頂側(cè)最遠(yuǎn)的第二阻擋區(qū)，或者是位于第一阻擋區(qū)和更靠近頂側(cè)的另一個第二阻擋區(qū)之間的中間第二阻擋區(qū)。

52、根據(jù)至少一個實(shí)施例，半導(dǎo)體本體還包括例如，在與頂側(cè)相反的底側(cè)部處的第二半導(dǎo)體區(qū)。第二半導(dǎo)體區(qū)可以是第一導(dǎo)電類型的漏極區(qū)，或者可以是第二導(dǎo)電類型的集電極區(qū)。因此，半導(dǎo)體設(shè)備可以相應(yīng)是場效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙極晶體管。

53、還提供了一種制造半導(dǎo)體設(shè)備的方法。借助該方法，可以生產(chǎn)如結(jié)合上述實(shí)施例中的至少一個所述的半導(dǎo)體設(shè)備。因此，半導(dǎo)體設(shè)備的特征也針對該方法公開，反之亦然。

54、在至少一個實(shí)施例中，該方法用于生產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備。該方法包括以下步驟，例如，按所述順序：

55、a)設(shè)置半導(dǎo)體本體的至少一部分；

56、b)在半導(dǎo)體本體的至少一部分上形成第一阻擋區(qū)；以及

57、c)將第一電極和柵極電極應(yīng)用到半導(dǎo)體本體上。

58、在方法步驟b)和c)之間，可以存在附加的方法步驟，如過度生長第一阻擋區(qū)。另外的可選步驟可以是在應(yīng)用電極之前形成至少一個第二阻擋區(qū)和電絕緣層。

59、根據(jù)至少一個實(shí)施例，該方法還包括以下步驟中的一個或一些或所有步驟，例如，在步驟b)和c)之間，其中，在步驟a)中僅設(shè)置半導(dǎo)體本體的第一部分：

60、b1)例如，通過使用選擇性硅外延，在第一阻擋區(qū)上方形成半導(dǎo)體本體的第二部分，和/或

61、b2)例如，通過離子注入或在第二部分的生長期間的原位摻雜在第二部分中創(chuàng)建第一半導(dǎo)體區(qū)和插塞區(qū)，和/或

62、b3)在第二部分的頂部形成柵極絕緣層(53)，和/或

63、b4)例如，通過在半導(dǎo)體本體上使用掩模層，蝕刻穿過第二部分直至第一阻擋區(qū)。

64、可行的是步驟b1至步驟b4按所述順序執(zhí)行。