CN112909084A - 包括绝缘栅双极晶体管的半导体器件 - Google Patents

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Abstract

公开了包括绝缘栅双极晶体管的半导体器件。提出了一种半导体器件(100)。半导体器件包括在半导体本体(106)的IGBT部分(104)中的IGBT(102)。半导体器件(100)进一步包括在半导体本体的二极管部分(110)中的二极管(108)。二极管包括第一导电类型的阳极区(132)。阳极区(132)是由沿着第一横向方向(x1)的二极管沟槽(134)界定的。每个二极管沟槽(134)包括二极管沟槽电极(136)和二极管沟槽电介质(138)。第一接触凹槽(140)从半导体本体(106)的第一表面(122)沿着竖向方向(y)延伸到阳极区(132)中。第一导电类型的阳极接触区(148)邻接第一接触凹槽(140)的底部侧。第二导电类型的阴极接触区(128)邻接半导体本体(106)的与第一表面(122)相对的第二表面(126)。

Description

包括绝缘栅双极晶体管的半导体器件
技术领域
本公开涉及半导体器件，特别是涉及包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)的半导体器件及其制造方法。
背景技术
例如IGBT或绝缘栅场效应晶体管(IGFET)的半导体器件的技术开发目的在于改进电器件特性。虽然可以通过使特定的器件参数变化来改进一个半导体器件特性，但是这可能导致另一器件特性的劣化。作为示例，可以通过例如增加漂移区带掺杂浓度来改进特定于区域的导通状态电阻RDS(on)，然而，这可能导致源极和漏极之间的阻断电压能力VDS的劣化。作为另一示例，改进RC-IGBT中的反向导通的RC二极管可能不利地影响例如接触电阻和换向耐久性。因此，在技术开发期间基于鉴于目标器件规格而要满足的许多折衷来设计器件参数。
存在改进包括IGBT的半导体器件的需要。
发明内容
本公开的示例涉及半导体器件。半导体器件包括在半导体本体的IGBT部分中的IGBT。半导体器件进一步包括在半导体本体的二极管部分中的二极管。二极管包括第一导电类型的阳极区。阳极区是由沿着第一横向方向的二极管沟槽界定的。每个二极管沟槽包括二极管沟槽电极和二极管沟槽电介质。二极管进一步包括从半导体本体的第一表面沿着竖向方向延伸到阳极区中的第一接触凹槽。二极管进一步包括第一导电类型的阳极接触区，其邻接第一接触凹槽的底部侧。二极管进一步包括第二导电类型的阴极接触区，其邻接半导体本体的与第一表面相对的第二表面。
本公开的另一示例涉及制造半导体器件的方法。方法包括在半导体本体的IGBT部分中形成IGBT。方法进一步包括在半导体本体的二极管部分中形成二极管。形成二极管包括形成第一导电类型的阳极区，其中阳极区是由沿着第一横向方向的二极管沟槽界定的。每个二极管沟槽包括二极管沟槽电极和二极管沟槽电介质。形成二极管进一步包括形成从半导体本体的第一表面沿着竖向方向延伸到阳极区中的第一接触凹槽。形成二极管进一步包括形成第一导电类型的阳极接触区，其邻接第一接触凹槽的底部侧。形成二极管进一步包括形成第二导电类型的阴极接触区，其邻接半导体本体的与第一表面相对的第二表面。
本领域技术人员在阅读以下的详细描述并且查看随附附图时将认识到附加的特征和优点。
附图说明
随附附图被包括以提供对实施例的进一步理解，并且被合并在本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示半导体器件和制造半导体器件的方法的示例，并且与描述一起用于解释示例的原理。在以下的详细描述和权利要求中描述了进一步的示例。
图1是用于图示包括IGBT和二极管的半导体器件的示意性横截面视图。
图2A和图2B是用于图示图1的半导体器件的IGBT和二极管的示例性布置的示意性顶视图。
图3A和图3B是用于图示当制造图1的半导体器件时的处理特征的示意性横截面视图。
图4A和图4B是用于图示在图1的二极管和IGBT中的接触凹槽的示例的示意性横截面视图。
具体实施方式
在以下的详细描述中，参照随附附图，附图形成在此的一部分并且在附图中通过图示的方式示出其中可以实践半导体器件和制造半导体器件的方法的具体示例。要理解在不脱离本公开的范围的情况下可以利用其它示例并且可以作出结构或逻辑上的改变。例如，针对一个示例图示或描述的特征可以被使用在其它示例上或者与其它示例结合使用，以产生又一进一步的示例。意图的是本公开包括这样的修改和变化。使用特定的语言描述了示例，特定的语言不应当被解释为限制所附权利要求的范围。附图并非是按比例的，并且仅用于说明的目的。如果没有另外声明，则在不同的附图中由相同的参考标号指明对应的元素。
术语“具有”、“包含”、“包括”和“包括有”等是开放的，并且术语指示所声明的结构、元素或特征的存在但是不排除附加的元素或特征的存在。量词“一”、“一个”和指代词“该”意图包括复数以及单数，除非上下文另外清楚地指示。
术语“电连接”描述电连接的元件之间的永久的低电阻连接，例如相关元件之间的直接接触或经由金属和/或重掺杂的半导体材料的低电阻连接。术语“电耦合”包括被适配用于信号和/或功率传输的一个或多个的(多个)中间元件可以被连接在电耦合的元件之间，电耦合的元件例如是可控制以在第一状态中临时地提供低电阻连接并且在第二状态中临时地提供高电阻的电解耦的元件。
欧姆接触是具有线性或几乎线性的电流-电压特性的非整流电气结。如果两个组件(例如两个区)分别形成欧姆接触或肖特基接触，则这可以意味着在所述两个组件之间存在欧姆接触或肖特基接触。在这两种情况下，对于所述两个区而言可以是可能的是直接彼此邻接。然而，还可以是可能的是进一步的组件位于所述两个组件之间。
针对物理尺寸给出的范围包括边界值。例如，针对参数y的从a到b的范围读作为a≤y≤b。这对于具有如“至多”和“至少”的一个边界值的范围而言同样适用。
术语“在…上”不被解释为仅意味着“直接在…上”。相反，如果一个元素位于另一元素“上”(例如，一层在另一层“上”或者在衬底“上”)，则进一步的组件(例如，进一步的层)可以位于两个元素之间(例如，如果一层在衬底“上”，则进一步的层可以位于该层和所述衬底之间)。
半导体的示例可以包括半导体本体的IGBT部分中的IGBT。半导体器件可以进一步包括在半导体本体的二极管部分中的二极管。
二极管可以包括第一导电类型的阳极区。阳极区可以是由沿着第一横向方向的二极管沟槽界定的。每个二极管沟槽可以包括二极管沟槽电极和二极管沟槽电介质。二极管可以进一步包括从半导体本体的第一表面沿着竖向方向延伸到阳极区中的第一接触凹槽。二极管可以进一步包括第一导电类型的阳极接触区，其邻接第一接触凹槽的底部侧。二极管可以进一步包括第二导电类型的阴极接触区，其邻接半导体本体的与第一表面相对的第二表面。
例如，IGBT可以包括邻接第二表面的第一导电类型的集电极区。半导体器件可以进一步包括集电极电极，其被经由第二表面直接电连接到二极管区中的阴极接触区以及电连接到IGBT部分中的集电极区。
例如，IGBT可以进一步包括栅极沟槽，栅极沟槽包括栅极电极和栅极电介质。IGBT可以进一步包括邻接栅极沟槽的第二导电类型的源极区。IGBT可以进一步包括邻接栅极沟槽的第一导电类型的本体区。IGBT可以进一步包括发射极电极，其被经由半导体本体的第一表面电连接到本体区和源极区。IGBT可以进一步包括在本体区和半导体本体的第二表面之间的第二导电类型的漂移区。
例如，IGBT可以是竖向功率半导体器件。竖向功率半导体器件可以被配置为传导大于1A或大于10A或者甚至大于30A的电流，并且可以被进一步配置为阻断负载端子之间的电压，例如IGBT的发射极电极和集电极电极之间的电压，该电压在几百伏特到几千伏特(例如400V、650V、1.2kV、1.7kV、3.3kV、4.5kV、5.5kV、6kV、6.5kV)的范围内。例如，阻断电压可以对应于在功率半导体器件的数据表中指定的电压级别。
半导体本体可以包括如下的半导体材料或者由如下的半导体材料构成：所述半导体材料来自IV族元素半导体、IV-IV族合成物半导体材料、III-V族合成物半导体材料或II-VI族合成物半导体材料。来自IV族元素半导体的半导体材料的示例除了其它之外还包括硅(Si)和锗(Ge)。IV-IV族合成物半导体材料的示例除了其它之外还包括碳化硅(SiC)和硅锗(SiGe)。III-V族合成物半导体材料的示例除了其它之外还包括砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、氮化铟镓(InGaN)和砷化铟镓(InGaAs)。II-VI族合成物半导体材料的示例除了其它之外还包括碲化镉(CdTe)、碲镉汞(CdHgTe)和碲镉镁(CdMgTe)。
栅极电极可以包括重掺杂的多晶硅层和/或含金属层，或者由重掺杂的多晶硅层和/或含金属层构成。栅极电极可以被电连接到栅极金属化。栅极金属化可以形成栅极端子或者可以被电连接或耦合到栅极端子。栅极电介质可以被形成在栅极电极和半导体本体之间。栅极电介质可以包括如下或者可以由如下构成：热生长或沉积的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、另外的沉积的电介质材料或它们的任何组合。例如，可以选择栅极电介质的厚度以获得具有在从1.0V到8V的范围内的阈值电压的晶体管单元。栅极沟槽可以排它地包括栅极电极和栅极电介质，或者除了栅极电极和栅极电介质之外还可以包括进一步的导电结构和/或电介质结构。栅极电极和任何可选的附加辅助电极可以例如包括电极材料或电极材料的组合或者由电极材料或电极材料的组合构成，电极材料例如为掺杂的半导体材料(例如，简并的掺杂的半导体材料)(诸如掺杂的多晶硅)、金属或金属合成物。
发射极电极可以是第一主表面上方的布线区域的一部分。布线区域可以包括一个、两个、三个或甚至更多的布线层级，其可以包括图案化的金属层和布置在图案化的金属层之间的层间电介质。例如，通孔可以电互连不同的布线层级。例如，发射极电极可以被形成为第一布线层级的一部分，并且可以被通过接触插塞电连接到源极区和本体区，接触插塞例如延伸通过布置在半导体本体和第一布线层级之间的层间电介质。
例如，IGBT的晶体管单元可以被形成为沿着第二横向方向平行地延伸的条带。例如，第二横向方向可以是垂直于第一横向方向的横向方向。例如，源极区和本体区可以被形成在台面区中。台面区可以沿着第二横向方向延伸为条带。沿着第一横向方向，每个台面区可以是由沟槽界定的。例如，源极区可以被布置为沿着第二横向方向的多个源极子区，其中多个源极子区被以一定的横向距离彼此间隔开。
例如，在IGBT的晶体管单元区域的台面区中的至少一个中，源极区可以仅邻接界定相应的台面区的相对的沟槽中的一个。在这种情况下，例如，源极区可以在第一侧处邻接栅极沟槽中的一个，其中台面区可以在相对的第二侧处邻接另外的类型的沟槽。另外的类型的沟槽也可以包括沟槽电极和沟槽电介质。例如，另外的沟槽和栅极沟槽的沟槽电极和沟槽电介质的材料和尺寸可以相等。然而，另外的类型的沟槽中的沟槽电极可以被电连接到与栅极端子不同的电极。例如，另外的类型的沟槽中的沟槽电极可以被电连接到发射极电极。在这种情况下，另外的类型的沟槽也可以被称为源极沟槽。例如，沿着源极沟槽的侧壁，负载电流流动可能由于在源极沟槽中的省略的栅极电极以及由于缺失的源极区而被抑制。例如，IGBT的晶体管单元区域中的一些台面区可以是例如由相对的源极沟槽来界定的。IGBT的晶体管单元区域中的一些其它台面区可以是由相对的栅极沟槽来界定的。例如，IGBT的晶体管单元区域中的还一些其它台面区可以是例如由在相对的第一侧和第二侧中的一个处的源极沟槽以及由在相对的第一侧和第二侧中的另一个处的栅极沟槽来界定的。例如，调整例如源极沟槽和栅极沟槽以及源极区的数量和尺寸可以允许调节IGBT的电参数。
漂移区的竖向延伸和掺杂浓度可以是例如用于调整发射极和集电极电极之间的目标电击穿电压的参数。
集电极电极可以包括重掺杂的多晶硅层和/或含金属层，或者由重掺杂的多晶硅层和/或含金属层构成。
例如，在与IGBT相邻的二极管的台面区中，例如可以省略电连接到发射极电极的源极区。例如，阳极区的相对的侧壁可以直接邻接沟槽电介质的侧壁：其例如包括邻接第一表面的侧壁的部分。例如，栅极沟槽和二极管沟槽中的电极和电介质的材料和尺寸可以是例如相同的。
例如，二极管沟槽电极可以被电连接到与栅极端子不同的端子。例如，二极管沟槽电极可以被电连接到发射极电极。例如，被沿着横向方向(例如第一横向方向)相继地布置的二极管沟槽的数量可以大于30或者大于100或者甚至大于300。例如，沿着横向方向(例如第一横向方向)相继地布置的二极管沟槽的延伸可以沿着该横向方向大于3μm或者大于50μm或者大于200μm或者甚至大于900μm。
例如，二极管的一个或多个台面区的尺寸可以例如大于IGBT的一些或所有台面区的尺寸。
例如，二极管的一个或多个台面区可以包括例如在相对的二极管沟槽之间的沿着第一横向方向彼此分离开的至少两个第一接触凹槽。例如，二极管的第一接触凹槽中的一个、一些或全部的沿着第一横向方向的宽度或横向延伸可以不同于在IGBT晶体管单元区域中的第二接触凹槽的宽度或横向延伸。例如，第一接触凹槽中的至少一个的宽度或横向延伸可以例如大于在IGBT的晶体管单元区域中的台面区的宽度或横向延伸。
例如，IGBT和二极管可以在横向上至少部分地被边缘终止区域围绕。边缘终止元件可以被形成在边缘终止区域中，边缘终止区域是半导体本体的部分地或完全地围绕有源器件区域的区域。由于在半导体本体内的pn结(例如在IGBT的本体区和漂移区之间的pn结或者在二极管的阴极区和阳极区之间的pn结)不是无限的而是在半导体本体的边缘区带处终止，因此这种边缘效应把器件击穿电压限制在通过无限平行平面结设定的理想值以下。必须小心以确保pn结在半导体本体的边缘处的合适的和高效的终止。边缘终止区域是用于确保pn结的合适的和高效的终止的措施。在边缘终止区域中，可以形成边缘终止结构以用于降低在半导体本体的边缘处的电场。取决于半导体器件的电压等级，边缘终止区域的横向尺寸可以变化。具有更高的电压等级的半导体器件典型地要求其边缘终止区域的更大的横向延伸，以用于确保pn结的合适的终止。边缘终止区域中的边缘终止结构的示例包括例如场板、结终止延伸(JTE)结构、横向掺杂变化(VLD)结构。例如，在有源器件区域和边缘终止区域之间可以存在过渡区以用于电连接边缘终止结构。
例如，阳极接触区可以在参考深度(例如到半导体本体的第一表面的参考距离)处具有比阳极区高的掺杂浓度。例如，阳极接触区可以支持在阳极区和第一接触凹槽之间的低欧姆连接。阳极接触区可以是通过如下来形成的：通过第一接触凹槽的底部侧的至少一个离子注入处理。例如，通过在至少一个离子注入处理期间屏蔽(例如通过间隔部或衬垫部)第一接触凹槽的侧壁，可以降低或抑制在第一接触凹槽的侧壁处的半导体本体的掺杂。在侧壁处的掺杂可以是由例如来自凹槽底部的后向散射掺杂剂离子引起的。由于二极管的阳极效率可能取决于侧壁掺杂，因此例如凹槽锥度、注入角度或凹槽尺寸的处理变化可能引起阳极效率上的不合期望的变化。侧壁间隔部在离子注入期间可以允许降低侧壁掺杂，由此使得能够更精确地设定二极管的阳极效率。例如，侧壁掺杂区中的最大掺杂浓度可以是阳极接触区的最大掺杂浓度的至多1/10000或1/1000或1/100。
例如，阳极接触区可以在第一接触凹槽的底部侧的中心或中间的下方的第一位置处具有第一掺杂浓度。阳极接触区的掺杂浓度可以在从第一位置开始沿着第一横向方向到第二位置的横向距离l1上至少减少至十分之一。横向距离l1可以小于第一接触凹槽在第一表面处沿着第一横向方向的宽度的一半。第一掺杂浓度的上面的横向距离l1小于在凹槽的侧壁处没有任何间隔部的情况下被注入通过第一接触凹槽的底部侧的阳极接触区的横向距离l1'。通过使用侧壁间隔部的离子注入形成阳极接触区不仅允许降低不合期望的侧壁掺杂，而且还允许减小阳极接触区的横向延伸。因此，可以控制阳极接触区从第一接触凹槽的底部侧的横向突出。例如，阳极接触区的掺杂浓度也可以在横向距离l1上至少减少至1/500或者至少减少至1/100或者至少减少至1/50。
例如，阳极接触区的掺杂浓度轮廓可以是通过离子注入而被通过第一接触凹槽的底部侧引入到半导体本体中的掺杂剂的扩散展宽轮廓，其中在离子注入的时间时在第一接触凹槽的侧壁处布置有侧壁间隔部。例如，侧壁间隔部的厚度可以例如在从5nm到100nm或者在从10nm到50nm的范围内。与在没有任何侧壁间隔部的情况下的注入相比，使用侧壁间隔部来形成本体接触区将造成所注入的掺杂剂的扩散展宽轮廓的总体上更小的横向延伸。例如，通过离子注入而被通过第一接触凹槽的底部侧引入到半导体本体中的掺杂剂的竖向的和横向的扩散展宽轮廓可以是通过适当的表征技术来确定的，表征技术例如为二次离子质谱(SIMS)、扩展电阻分析(SRA)、剥离霍尔(SH)或电化学电容电压(ECV)测量。由于竖向轮廓和横向轮廓是相互关联的，因此半导体处理模拟(例如技术计算机辅助设计(TCAD)工具)允许通过如下来确定间隔部厚度：取决于用于形成阳极接触区的间隔部厚度而将扩散轮廓拟合到横向轮廓和竖向轮廓的实验数据。以这种方式，可以提供使用侧壁间隔部来形成阳极接触区的实证。作为间隔部的替换或者除了间隔部之外，可以使用衬垫部，其中衬垫部衬垫第一接触凹槽的侧壁和底部侧，并且例如掺杂剂被注入通过衬垫部而进入到半导体本体中。
例如，半导体器件可以进一步包括从第一表面沿着竖向方向延伸到本体区中的第二接触凹槽。例如，可以同时形成二极管中的第一接触凹槽和IGBT中的第二接触凹槽。例如，第一接触凹槽和第二接触凹槽的(多个)填充材料可以是相同的。
例如，半导体器件可以进一步包括第一导电类型的本体接触区，其邻接第二接触凹槽的底部侧。阳极接触区的在第一接触凹槽的中心处沿着竖向方向的掺杂浓度轮廓可以等于本体接触区的在第二接触凹槽的中心处沿着竖向方向的掺杂浓度轮廓。例如，可以同时形成本体接触区的掺杂浓度轮廓和阳极接触区的掺杂浓度轮廓。
例如，第二接触凹槽在第一表面处的宽度可以等于第一接触凹槽在第一表面处的宽度，并且第二接触凹槽的深度可以等于第一接触凹槽的深度。
例如，IGBT可以包括IGBT晶体管单元的阵列。二极管可以被布置在IGBT晶体管单元的阵列的外部。例如，IGBT晶体管单元可以是采用条带形式的。二极管也可以是采用条带形式而形成的。例如，IGBT晶体管单元的在本体的第一表面部分处的台面区可以例如转化成二极管的在半导体本体的第二表面部分处的台面区。此外或者作为替换，二极管的台面区也可以被布置在半导体本体的第三表面部分中，其中二极管的台面区和IGBT的台面区例如彼此平行地延伸。
例如，二极管的横向延伸可以大于半导体本体的厚度。例如，二极管的大于半导体本体的厚度的横向延伸可以是沿着横向参考方向的第一横向延伸，其小于沿着垂直于横向参考方向的横向方向的第二横向延伸。例如，横向延伸可以是例如二极管的最小横向延伸。
例如，二极管沟槽电极可以被电连接到发射极电极。
关于半导体器件的结构元件的细节，例如在上面的示例中描述的IGBT或二极管的结构元件的制造处理、尺寸或功能对应地适用于下面参照方法和各图描述的特征。
一种制造半导体器件的方法可以包括在半导体本体的IGBT部分中形成IGBT。方法可以进一步包括在半导体本体的二极管部分中形成二极管。形成二极管可以包括形成第一导电类型的阳极区，其中阳极区是由沿着第一横向方向的二极管沟槽界定的。每个二极管沟槽可以包括二极管沟槽电极和二极管沟槽电介质。形成二极管可以进一步包括形成从半导体本体的第一表面沿着竖向方向延伸到阳极区中的第一接触凹槽。形成二极管可以进一步包括形成第一导电类型的阳极接触区，其邻接第一接触凹槽的底部侧。形成二极管可以进一步包括形成第二导电类型的阴极接触区，其邻接半导体本体的与第一表面相对的第二表面。
第一接触凹槽可以是通过将凹槽蚀刻到半导体本体中而形成的。例如，第一接触凹槽可以转化成在半导体本体上的层间电介质中的第一接触孔。第一接触孔和第一接触凹槽可以被填充有至少一种导电材料，例如高掺杂的半导体材料、金属、金属合金或它们的任何组合。一种或多种衬垫部材料可以衬垫第一接触凹槽，例如用于实现改进的粘附和/或扩散阻挡性质。
例如，形成IGBT可以进一步包括形成第一导电类型的集电极区，其邻接第二表面。方法可以进一步包括形成集电极电极，该集电极电极被经由第二表面直接电连接到二极管区中的阴极接触区和IGBT区中的集电极区。
例如，方法可以进一步包括在第一接触凹槽中形成间隔部。此后，例如，如在上面的示例中描述的那样，可以通过将掺杂剂经第一接触凹槽的底部引入到半导体本体中来形成阳极接触区。
例如，方法可以进一步包括形成衬垫第一接触凹槽的侧壁和底部的衬垫部。此后，例如，如在上面的示例中描述的那样，可以通过将掺杂剂经在第一接触凹槽的底部处的衬垫部引入到半导体本体中来形成阳极接触区。
例如，在IGBT部分中形成IGBT可以包括形成IGBT晶体管单元的阵列，并且其中二极管部分中的二极管被形成在IGBT晶体管单元的阵列的外部。
例如，方法可以进一步包括形成从第一表面沿着竖向方向延伸到本体区中的第二接触凹槽。
例如，形成IGBT可以进一步包括形成包括栅极电极和栅极电介质的栅极沟槽。形成IGBT可以进一步包括形成第二导电类型的源极区，其邻接栅极沟槽。形成IGBT可以进一步包括形成第一导电类型的本体区，其邻接栅极沟槽。形成IGBT可以进一步包括形成经由半导体本体的第一表面电连接到本体区和源极区的发射极电极。形成IGBT可以进一步包括形成在本体区和半导体本体的第二表面之间的第二导电类型的漂移区。
例如，方法可以进一步包括形成第一导电类型的本体接触区，其邻接第二接触凹槽的底部侧。可以同时形成本体接触区和阳极接触区。
例如，还可以同时形成本体区和阳极区。
可以组合在上面和下面描述的示例和特征。
与在上面或下面描述的示例有关地提及更多的细节和方面。处理半导体本体可以包括与有关于所提出的构思或者在上面或下面描述的一个或多个示例而提及的一个或多个方面对应的一个或多个可选的附加特征。
关于上面的示例描述的功能和结构的细节应当同样地适用于在各图中图示并且在下面进一步描述的示例性示例。
参照图1的示意性横截面视图图示了半导体器件100的示例。
半导体器件100包括在半导体本体106的IGBT部分104中的IGBT 102。栅极沟槽112从第一表面122沿着竖向方向y延伸到半导体本体中。栅极沟槽112包括栅极电极114和栅极电介质116。
n+掺杂的源极区118邻接栅极沟槽112。p掺杂的本体区120也邻接栅极沟槽112。
发射极电极E被经由半导体本体106的第一表面122电连接到本体区120和源极区118。n-掺杂的漂移区124被布置在本体区120和半导体本体106的第二表面126之间。p+掺杂的集电极区130(例如背侧发射极区)被布置在漂移区124和第二表面126之间。集电极电极C被经由第二表面126电连接到集电极区130。
半导体器件进一步包括在二极管部分110中的二极管108，其相邻于IGBT部分104中的IGBT 102。二极管108包括p掺杂的阳极区132。阳极区132是由沿着第一横向方向x1的二极管沟槽134界定的。每个二极管沟槽134包括二极管沟槽电极136和二极管沟槽电介质138。第一接触凹槽140从半导体本体106的第一表面122沿着竖向方向y延伸到阳极区132中。n+掺杂的阴极接触区128被布置在阳极区132和第二表面126之间。集电极电极C被经由第二表面126电连接到阴极接触区128。
在以上的示例中描述的细节(例如关于尺寸、处理或功能的细节)对应地适用于在各图中(例如图1中)图示的元件。
图2A和图2B是用于图示二极管108和IGBT 102的示例性布置的示意性顶视图。
在图2A的顶视图中图示的示例中，二极管108通过被由IGBT 102围绕而在横向上邻接IGBT 102。边缘终止区域142围绕IGBT 102和二极管108。
在图2B中图示的示例中，二极管108被布置在IGBT 102的分离的部分之间。除了在横向上邻接IGBT 102的二极管108的示例性布置之外，例如可以使用各种各样的其它布置。
参照图3A的示意性横截面视图，示意性地图示了当形成图1至图2B的半导体器件100时的处理特征的示例。在第一接触凹槽140中形成间隔部144。间隔部144还沿着半导体本体106的第一表面122上的层间电介质146中的开口的侧壁延伸。例如，间隔部144可以包括一种或多种电介质材料，例如氧化物和/或氮化物。
通过掺杂剂的经第一接触凹槽140的底部的离子注入从而在半导体本体106中形成阳极接触区148。关于阳极接触区148的细节(例如在上面的示例中描述的间隔部处理的尺寸和益处)对应地适用。例如，阳极接触区148可以在第一接触凹槽140——第一接触凹槽140在第一表面122处具有第一宽度w1——的底部侧的中心或中间下方的第一位置处具有第一掺杂浓度。阳极接触区148的掺杂浓度可以在从第一位置开始沿着第一横向方向到第二位置的横向距离l1上至少减少至十分之一。第一掺杂浓度的上面的横向距离l1小于在凹槽的侧壁处没有任何间隔部的情况下被注入通过第一接触凹槽的底部侧的阳极接触区(在图3A中由虚线指示)的对应的横向距离l1'。
参照图3B的示意性横截面视图，示意性地图示了当形成图1至图2B的半导体器件100时的处理特征的另一示例。在第一接触凹槽140中形成衬垫部150。衬垫部150还沿着半导体本体106的第一表面122上的层间电介质146中的开口的侧壁延伸。例如，衬垫部150可以包括一种或多种电介质材料，例如氧化物和/或氮化物。
通过掺杂剂的经第一接触凹槽140的底部处的衬垫部150的离子注入从而在半导体本体106中形成阳极接触区148。关于阳极接触区148的细节(例如在上面的示例中描述的间隔部处理的尺寸和益处)对应地适用。
参照图4A的示意性横截面视图，在二极管108的一个或多个台面区152中，至少两个第一接触凹槽140可以被沿着第一横向方向x1布置在相对的二极管沟槽134之间并且该至少两个第一接触凹槽140彼此分离。例如，二极管108的第一接触凹槽140中的一个、一些或全部的沿着第一横向方向x1的第一宽度w1可以不同于IGBT 102中的第二接触凹槽的第二宽度或横向延伸。例如，IGBT 102中的第二接触凹槽可以被电连接到源极区和本体区。
参照图4B的示意性横截面视图，在二极管108的一个或多个台面区152中，二极管108的第一接触凹槽140中的一个、一些或全部的沿着第一横向方向x1的第一宽度w1大于IGBT 102中的台面区的宽度wm2，并且进一步大于IGBT 102的第二接触凹槽154的第二宽度w2。本体接触区156邻接第二接触凹槽154的底部。在IGBT 102和/或二极管108的其它区域中，例如，第一接触凹槽140的第一宽度w1可以等于第二接触凹槽154的第二宽度w2。
连同先前描述的示例和各图中的一个或多个一起提及和描述的方面和特征也可以与其它示例中的一个或多个进行组合，以便替代其它示例的类似特征或者以便向其它示例附加地引入特征。
描述和附图仅图示了本公开的原理。更进一步地，在此记述的所有示例主要明确地意图仅用于说明的目的，以帮助读者理解本公开的原理和由(多个)发明人为拓展本领域而贡献的构思。在此对本公开的原理、方面和示例进行记述的所有叙述以及本公开的具体示例意图涵盖其等同物。第二导电类型可以是n型并且第一导电类型可以是p型。作为替换，第二导电类型可以是p型并且第一导电类型可以是n型。
虽然已经在此图示和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员将领会，在不脱离本发明的范围的情况下，各种各样的替换和/或等同的实现可以代替所示出和描述的具体实施例。本申请意图覆盖在此讨论的具体实施例的任何适配或变化。因此，意图的是本发明仅受由权利要求及其等同物限制。

Claims (21)

1.一种半导体器件(100)，包括：
在半导体本体(106)的IGBT部分(104)中的IGBT(102)；
在半导体本体(106)的二极管部分(110)中的二极管(108)，其中，
二极管(108)包括：
第一导电类型的阳极区(132)，其中阳极区(132)是由沿着第一横向方向(x1)的二极管沟槽(134)界定的，每个二极管沟槽(134)包括二极管沟槽电极(136)和二极管沟槽电介质(138)；
第一接触凹槽(140)，其从半导体本体(106)的第一表面(122)沿着竖向方向(y)延伸到阳极区(132)中；
第一导电类型的阳极接触区(148)，其邻接第一接触凹槽(140)的底部侧；以及
第二导电类型的阴极接触区(128)，其邻接半导体本体(106)的与第一表面(122)相对的第二表面(126)。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，IGBT(102)包括第一导电类型的集电极区(130)，第一导电类型的集电极区(130)邻接第二表面(126)，并且其中，所述半导体器件进一步包括：
集电极电极(C)，其被经由第二表面(126)直接电连接到二极管部分(110)中的阴极接触区(128)以及电连接到IGBT部分(104)中的集电极区(130)。
3.根据前述两项权利要求中的任何一项所述的半导体器件(100)，其中，阳极接触区(148)在第一接触凹槽(140)的底部侧的中心下方的第一位置处具有第一掺杂浓度，并且其中，阳极接触区(148)的掺杂浓度在从第一位置开始沿着第一横向方向到第二位置的横向距离l1上至少减少至十分之一，并且其中，横向距离l1小于第一接触凹槽(140)在第一表面(122)处沿着第一横向方向(x1)的宽度(w1)的一半。
4.根据前项权利要求所述的半导体器件(100)，其中，阳极接触区(148)的掺杂浓度在横向距离l1上至少减少至1/100。
5.根据前述权利要求中的任何一项所述的半导体器件(100)，其中，阳极接触区(148)的掺杂浓度轮廓是通过离子注入而被通过第一接触凹槽(140)的底部侧引入到半导体本体(106)中的掺杂剂的扩散展宽轮廓，其中，在离子注入的时间时在第一接触凹槽(140)的侧壁处布置有侧壁间隔部(144)或衬垫部(150)。
6.根据前述权利要求中的任何一项所述的半导体器件(100)，其中，IGBT(102)进一步包括：
栅极沟槽(112)，其包括栅极电极(114)和栅极电介质(116)；
第二导电类型的源极区(118)，其邻接栅极沟槽(112)；
第一导电类型的本体区(120)，其邻接栅极沟槽(112)；
发射极电极(E)，其被经由半导体本体(106)的第一表面(122)电连接到本体区(120)和源极区(118)；
第二导电类型的漂移区(124)，其在本体区(120)和半导体本体(106)的第二表面(126)之间。
7.根据前项权利要求所述的半导体器件(100)，进一步包括从第一表面(122)沿着竖向方向(y)延伸到本体区(120)中的第二接触凹槽(154)。
8.根据前项权利要求所述的半导体器件(100)，进一步包括第一导电类型的本体接触区(156)，第一导电类型的本体接触区(156)邻接第二接触凹槽(154)的底部侧，其中，阳极接触区(148)的在第一接触凹槽(140)的中心处沿着竖向方向(y)的掺杂浓度轮廓等于本体接触区(156)的在第二接触凹槽(154)的中心处沿着竖向方向(y)的掺杂浓度轮廓。
9.根据前述两项权利要求中的任何一项所述的半导体器件(100)，其中，第二接触凹槽(154)在第一表面(122)处的宽度(w2)等于第一接触凹槽(140)在第一表面(122)处的宽度(w1)，并且第二接触凹槽的深度等于第一接触凹槽的深度。
10.根据前述权利要求中的任何一项所述的半导体器件(100)，其中，IGBT(102)包括IGBT晶体管单元的阵列，并且二极管(108)被布置在IGBT晶体管单元的阵列的外部。
11.根据前述权利要求中的任何一项所述的半导体器件(100)，其中，二极管的横向延伸大于半导体本体(106)的厚度。
12.根据前述权利要求中的任何一项所述的半导体器件，其中，二极管沟槽电极(136)被电连接到发射极电极(E)。
13.一种制造半导体器件(100)的方法，包括：
在半导体本体(106)的IGBT部分(104)中形成IGBT(102)；
在半导体本体(106)的二极管部分(110)中形成二极管(108)，其中，
形成二极管(108)包括：
形成第一导电类型的阳极区(132)，其中阳极区(132)是由沿着第一横向方向(x1)的二极管沟槽(134)界定的，每个二极管沟槽(134)包括二极管沟槽电极(136)和二极管沟槽电介质(138)；以及
形成从半导体本体(106)的第一表面(122)沿着竖向方向(y)延伸到阳极区(132)中的第一接触凹槽(140)；
形成第一导电类型的阳极接触区(148)，第一导电类型的阳极接触区(148)邻接第一接触凹槽(140)的底部侧；以及
形成第二导电类型的阴极接触区(128)，第二导电类型的阴极接触区(128)邻接半导体本体(106)的与第一表面相对的第二表面(126)。
14.根据前项权利要求所述的方法，其中，形成IGBT(102)进一步包括形成第一导电类型的集电极区(130)，第一导电类型的集电极区(130)邻接第二表面(126)，并且其中，所述方法进一步包括：
形成集电极电极(C)，集电极电极(C)被经由第二表面(126)直接电连接到二极管部分(110)中的阴极接触区(128)和IGBT部分(104)中的集电极区(130)。
15.根据前述两项权利要求中的任何一项所述的方法，进一步包括在第一接触凹槽(140)中形成间隔部(144)；并且此后
通过将掺杂剂经第一接触凹槽(140)的底部引入到半导体本体(106)中来形成阳极接触区(148)。
16.根据权利要求13到14中的任何一项所述的方法，进一步包括：
形成衬垫部(150)，衬垫部(150)衬垫第一接触凹槽(140)的侧壁和底部；并且此后
通过将掺杂剂经在第一接触凹槽(140)的底部处的衬垫部(150)引入到半导体本体(106)中来形成阳极接触区(148)。
17.根据前述四项权利要求中的任何一项所述的方法，其中，形成IGBT(102)包括形成IGBT晶体管单元的阵列，并且其中，二极管(108)被形成在IGBT晶体管单元的阵列的外部。
18.根据前述五项权利要求中的任何一项所述的方法，进一步包括形成从第一表面(122)沿着竖向方向(y)延伸到本体区(120)中的第二接触凹槽(154)。
19.根据前述六项权利要求中的任何一项所述的方法，其中，形成IGBT (102)进一步包括：
形成包括栅极电极(114)和栅极电介质(116)的栅极沟槽(112)；
形成邻接栅极沟槽(112)的第二导电类型的源极区(118)；
形成邻接栅极沟槽(112)的第一导电类型的本体区(120)；
形成发射极电极(E)，发射极电极(E)被经由半导体本体(106)的第一表面(122)电连接到本体区(120)和源极区(118)；
形成在本体区(120)和半导体本体(106)的第二表面(126)之间的第二导电类型的漂移区(124)。
20.根据前述两项权利要求中的任何一项所述的方法，进一步包括形成第一导电类型的本体接触区(156)，第一导电类型的本体接触区(156)邻接第二接触凹槽(154)的底部侧，并且其中，本体接触区(156)和阳极接触区(148)被同时形成。
21.根据前述八项权利要求中的任何一项所述的方法，其中本体区(120)和阳极区(132)被同时形成。
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