DE102019133030B4 - Bipolartransistor mit isoliertem gate enthaltende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren - Google Patents

Bipolartransistor mit isoliertem gate enthaltende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102019133030B4
DE102019133030B4 DE102019133030.0A DE102019133030A DE102019133030B4 DE 102019133030 B4 DE102019133030 B4 DE 102019133030B4 DE 102019133030 A DE102019133030 A DE 102019133030A DE 102019133030 B4 DE102019133030 B4 DE 102019133030B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
region
contact
diode
forming
igbt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019133030.0A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102019133030A1 (de
Inventor
Christian Philipp Sandow
Wolfgang Rösner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies Austria AG
Original Assignee
Infineon Technologies Austria AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Austria AG filed Critical Infineon Technologies Austria AG
Priority to DE102019133030.0A priority Critical patent/DE102019133030B4/de
Priority to US17/106,413 priority patent/US11444158B2/en
Priority to CN202011402792.7A priority patent/CN112909084A/zh
Publication of DE102019133030A1 publication Critical patent/DE102019133030A1/de
Priority to US17/881,926 priority patent/US20220376048A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102019133030B4 publication Critical patent/DE102019133030B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/083—Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
    • H01L29/0834—Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0629—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8248—Combination of bipolar and field-effect technology
    • H01L21/8249—Bipolar and MOS technology
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H01L29/0623—Buried supplementary region, e.g. buried guard ring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401—Multistep manufacturing processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66083—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H01L29/6609—Diodes
    • H01L29/66136—PN junction diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
    • H01L29/66348—Vertical insulated gate bipolar transistors with a recessed gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7398—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with both emitter and collector contacts in the same substrate side
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/8613—Mesa PN junction diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/26506—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors
    • H01L21/26513—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors of electrically active species
    • H01L21/2652—Through-implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/266—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402—Field plates
    • H01L29/404—Multiple field plate structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402—Field plates
    • H01L29/407—Recessed field plates, e.g. trench field plates, buried field plates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Halbleitervorrichtung (100), aufweisend:einen IGBT (102) in einem IGBT-Bereich (104) eines Halbleiterkörpers (106);eine Diode (108) in einem Diodenbereich (110) des Halbleiterkörpers (106), wobeidie Diode (108) aufweist:ein p-dotiertes Anodengebiet (132), wobei das Anodengebiet (132) von Diodengräben (134) entlang einer ersten lateralen Richtung (x1) begrenzt ist, wobei jeder der Diodengräben (134) eine Diodengraben-Elektrode (136) und ein Diodengraben-Dielektrikum (138) enthält;eine erste Kontaktvertiefung (140), die sich entlang einer vertikalen Richtung (y) von einer ersten Oberfläche (122) des Halbleiterkörpers (106) in das Anodengebiet (132) erstreckt;ein p-dotiertes Anoden-Kontaktgebiet (148), das an eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung (140) grenzt; undein n-dotiertes Kathoden-Kontaktgebiet (128), das an eine der ersten Oberfläche (122) entgegengesetzte zweite Oberfläche (126) des Halbleiterkörpers (106) grenzt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen, insbesondere auf Halbleitervorrichtungen, die einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) enthalten, und Herstellungsverfahren dafür.
  • HINTERGRUND
  • Die Technologieentwicklung von Halbleitervorrichtungen, z.B. IGBTs oder Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IG-FETs), zielt auf eine Verbesserung elektrischer Vorrichtungscharakteristiken. Obgleich eine Charakteristik einer Halbleitervorrichtung verbessert werden kann, indem ein bestimmter Vorrichtungsparameter variiert wird, kann dies zu einer Verschlechterung einer anderen Vorrichtungscharakteristik führen. Beispielsweise kann der flächenspezifische Durchlasswiderstand RDS(on) durch beispielsweise Erhöhen einer Dotierungskonzentration einer Driftzone verbessert werden, was jedoch zu einer Verschlechterung des Sperrspannungsvermögens VDS zwischen Source und Drain führen kann. Als ein anderes Beispiel kann ein Verbessern einer rückwärtsleitenden RC-Diode in einem RC-IGBT beispielsweise einen Kontaktwiderstand und eine Robustheit einer Kommutierung nachteilig beeinflussen. Folglich werden Vorrichtungsparameter während einer Technologieentwicklung basierend auf einer Anzahl von Kompromissen, die im Hinblick auf Spezifikationen der Zielvorrichtung erfüllt werden sollen, entworfen. Aus der Druckschrift DE 10 2014 119 278 A1 ist beispielsweise ein RC-IGBT bekannt.
  • Es besteht ein Bedarf daran, IGBTs enthaltende Halbleitervorrichtungen zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung enthält einen IGBT in einem IGBT-Bereich eines Halbleiterkörpers. Die Halbleitervorrichtung enthält ferner eine Diode in einem Diodenbereich des Halbleiterkörpers. Die Diode enthält ein Anodengebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps. Das Anodengebiet ist von Diodengräben entlang einer ersten lateralen Richtung begrenzt. Jeder der Diodengräben enthält eine Diodengraben-Elektrode und ein Diodengraben-Dielektrikum. Die Diode enthält ferner eine erste Kontaktvertiefung, die sich entlang einer vertikalen Richtung von einer ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers in das Anodengebiet erstreckt. Die Diode enthält ferner ein Anoden-Kontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps, das an eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung grenzt. Ferner enthält die Diode ein Kathoden-Kontaktgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps, das an eine der ersten Oberfläche entgegengesetzte zweite Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzt.
  • Ein anderes Beispiel der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden eines IGBT in einem IGBT-Bereich eines Halbleiterkörpers. Ferner umfasst das Verfahren ein Ausbilden einer Diode in einem Diodenbereich des Halbleiterkörpers. Das Ausbilden der Diode umfasst ein Ausbilden eines Anodengebiets eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei das Anodengebiet von Diodengräben entlang einer ersten lateralen Richtung begrenzt ist. Jeder der Diodengräben enthält eine Diodengraben-Elektrode und ein Diodengraben-Dielektrikum. Das Ausbilden der Diode umfasst ferner ein Ausbilden einer ersten Kontaktvertiefung, die sich entlang einer vertikalen Richtung von einer ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers in das Anodengebiet erstreckt. Das Ausbilden der Diode umfasst ferner ein Ausbilden eines Anoden-Kontaktgebiets des ersten Leitfähigkeitstyps, das an eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung grenzt. Das Ausbilden der Diode umfasst weiter ein Ausbilden eines Kathoden-Kontaktgebiets eines zweiten Leitfähigkeitstyps, das an eine der ersten Oberfläche entgegengesetzte zweite Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzt.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, um eine einen IGBT und eine Diode enthaltende Halbleitervorrichtung zu veranschaulichen.
    • 2A und 2B sind schematische Draufsichten, um beispielhafte Anordnungen des IGBT und der Diode der Halbleitervorrichtung von 1 zu veranschaulichen.
    • 3A und 3B sind schematische Querschnittsansichten, um Prozessmerkmale, wenn die Halbleitervorrichtung von 1 hergestellt wird, zu veranschaulichen.
    • 4A und 4B sind schematische Querschnittsansichten, um Beispiele von Kontaktvertiefungen in der Diode und dem IGBT von 1 zu veranschaulichen.
  • DETAILIERTE BESCHREIBUNG
  • Der Begriff „elektrisch verbunden“ beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder ein hochdotiertes Halbleitermaterial. Der Begriff „elektrisch gekoppelt“ umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signal- und/oder Leistungsübertragung geeignet sind, zwischen die elektrisch gekoppelten Elementen geschaltet sein können, beispielsweise Elemente, die gesteuert werden können, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • Ein „ohmscher Kontakt“ ist ein nicht gleichrichtender elektrischer Übergang mit einer linearen oder nahezu linearen Strom-Spannung-Charakteristik. Falls zwei Komponenten (z.B. zwei Gebiete) einen ohmschen Kontakt oder einen Schottky-Kontakt jeweils ausbilden, kann dies bedeuten, dass ein ohmscher Kontakt oder ein Schottky-Kontakt zwischen den beiden Komponenten vorhanden ist. In beiden Fällen kann es möglich sein, dass die beiden Gebiete direkt aneinander grenzen. Jedoch kann es auch möglich sein, dass eine weitere Komponente zwischen den beiden Komponenten positioniert ist.
  • Für physikalische Abmessungen angegebene Bereiche schließen die Randwerte ein. Beispielsweise liest sich ein Bereich für einen Parameter y von a bis b als a ≤ y ≤ b. Das Gleiche gilt für Bereiche mit einem Randwert wie „höchstens“ und „mindestens“.
  • Der Begriff „auf“ ist nicht dahingehend aufzufassen, dass er nur „direkt auf“ bedeutet. Vielmehr kann, falls ein Element „auf“ einem anderen Element positioniert ist (z.B. eine Schicht „auf“ einer anderen Schicht oder „auf“ einem Substrat ist), eine weitere Komponente (z.B. eine weitere Schicht) zwischen den zwei Elementen positioniert sein (z.B. kann eine weitere Schicht zwischen einer Schicht und einem Substrat, falls die Schicht „auf“ dem Substrat ist, positioniert sein).
  • Ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung kann einen IGBT in einem IGBT-Bereich eines Halbleiterkörpers enthalten. Die Halbleitervorrichtung kann ferner eine Diode in einem Diodenbereich des Halbleiterkörpers enthalten.
  • Die Diode kann ein Anodengebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps enthalten. Das Anodengebiet kann entlang einer ersten lateralen Richtung von Diodengräben begrenzt sein. Jeder der Diodengräben kann eine Diodengraben-Elektrode und ein Diodengraben-Dielektrikum enthalten. Ferner kann die Diode eine erste Kontaktvertiefung enthalten, die sich entlang einer vertikalen Richtung von einer ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers in das Anodengebiet erstreckt. Die Diode kann weiter ein Anoden-Kontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps enthalten, das an eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung grenzt. Weiter kann die Diode ein Kathoden-Kontaktgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthalten, das an eine der ersten Oberfläche entgegengesetzte zweite Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzt.
  • Beispielsweise kann der IGBT ein Kollektorgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps enthalten, das an die zweite Oberfläche grenzt. Die Halbleitervorrichtung kann ferner eine Kollektorelektrode enthalten, die mit dem Kathoden-Kontaktgebiet im Diodengebiet und mit dem Kollektorgebiet im IGBT-Bereich über die zweite Oberfläche direkt elektrisch verbunden ist.
  • Ferner kann der IGBT beispielsweise einen Gategraben enthalten, der eine Gateelektrode und ein Gatedielektrikum enthält. Der IGBT kann weiter ein Sourcegebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps enthalten, das an den Gategraben grenzt. Ferner kann der IGBT ein Bodygebiet des ersten Leitfähigkeitstyps enthalten, das an den Gategraben grenzt. Der IGBT kann weiterhin eine Emitterelektrode enthalten, die über die erste Oberfläche des Halbleiterkörpers mit dem Bodygebiet und mit dem Sourcegebiet elektrisch verbunden ist. Der IGBT kann ferner ein Driftgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen dem Bodygebiet und der zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers enthalten.
  • Der IGBT kann beispielsweise eine vertikale Leistungs-Halbleitervorrichtung sein. Die vertikale Leistungs-Halbleitervorrichtung kann dafür konfiguriert sein, Ströme von mehr als 1 A oder mehr als 10 A oder gar mehr als 30 A zu leiten, und kann ferner dafür konfiguriert sein, Spannungen zwischen Lastanschlüssen, z.B. zwischen der Emitterelektrode und der Kollektorelektrode des IGBT, im Bereich von einigen Hundert bis zu einige Tausend Volt, z.B. 400 V, 650 V, 1,2 kV, 1,7 kV, 3,3 kV, 4,5 kV, 5,5 kV, 6 kV, 6,5 kV zu sperren. Die Sperrspannung kann einer Spannungsklasse entsprechen, die zum Beispiel in einem Datenblatt der Leistungs-Halbleitervorrichtung spezifiziert ist.
  • Der Halbleiterkörper kann ein Halbleitermaterial aus elementaren Halbleitern der Gruppe IV, ein IV-IV-Verbund-Halbleitermaterial, ein III-V-Verbund-Halbleitermaterial oder ein II-VI-Verbund-Halbleitermaterial enthalten oder daraus bestehen. Beispiele von Halbleitermaterialien aus den elementaren Halbleitern der Gruppe IV umfassen unter anderem Silizium (Si) und Germanium (Ge). Beispiele von IV-IV-Verbund-Halbleitermaterialien umfassen unter anderem Siliziumcarbid (SiC) und Siliziumgermanium (SiGe). Beispiele eines III-V-Verbund-Halbleitermaterials umfassen unter anderem Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumnitrid (InGaN) und Indiumgalliumarsenid (InGaAs). Beispiele von II-VI-Verbund-Halbleitermaterialien umfassen unter anderem Cadmiumtellurid (CdTe), Quecksilbercadmiumtellurid (CdHgTe) und Cadmiummagnesiumtellurid (CdMgTe).
  • Die Gateelektrode kann eine hochdotierte polykristalline Siliziumschicht und/oder eine metallhaltige Schicht enthalten oder daraus bestehen. Die Gateelektrode kann mit einer Gate-Metallisierung elektrisch verbunden sein. Die Gate-Metallisierung kann einen Gateanschluss bilden oder kann mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt sein. Das Gatedielektrikum kann zwischen der Gateelektrode und dem Halbleiterkörper ausgebildet sein. Das Gatedielektrikum kann thermisch gewachsenes oder abgeschiedenes Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, ein anderes abgeschiedenes dielektrisches Material oder eine Kombination davon enthalten oder daraus bestehen. Eine Dicke des Gatedielektrikums kann ausgewählt werden, um Transistorzellen mit einer Schwellenspannung beispielsweise in einem Bereich von 1,0 V bis 8 V zu erhalten. Der Gategraben kann ausschließlich die Gateelektrode und das Gatedielektrikum enthalten oder kann zusätzlich zu der Gateelektrode und dem Gatedielektrikum weitere leitfähige und/oder dielektrische Strukturen enthalten. Die Gateelektrode und jede beliebige optionale zusätzliche Hilfselektrode können ein Elektrodenmaterial oder eine Kombination von Elektrodenmaterialien, zum Beispiel ein dotiertes Halbleitermaterial (z.B. ein entartetes dotiertes Halbleitermaterial) wie etwa beispielsweise dotiertes polykristallines Silizium, ein Metall oder eine Metallverbindung, enthalten oder daraus bestehen.
  • Die Emitterelektrode kann Teil eines Verdrahtungsbereichs oberhalb der ersten Hauptoberfläche sein. Der Verdrahtungsbereich kann eine, zwei, drei oder noch mehr Verdrahtungsebenen enthalten, die strukturierte Metallschichten und zwischen den strukturierten Metallschichten angeordnete Zwischenschicht-Dielektrika enthalten können. Beispielsweise können Kontaktlöcher die verschiedenen Verdrahtungsebenen elektrisch miteinander verbinden. Zum Beispiel kann die Emitterelektrode als Teil der ersten Verdrahtungsebene ausgebildet sein und kann mit den Source- und Bodygebieten beispielsweise durch Kontaktstecker elektrisch verbunden sein, die sich durch ein Zwischenschicht-Dielektrikum erstrecken, das zwischen dem Halbleiterkörper und der ersten Verdrahtungsebene angeordnet ist.
  • Die Transistorzellen des IGBT können zum Beispiel als Streifen ausgebildet sein, die sich parallel entlang einer zweiten lateralen Richtung erstrecken. Die zweite laterale Richtung kann eine laterale Richtung sein, die zum Beispiel senkrecht zur ersten lateralen Richtung ist. Die Source- und Bodygebiete können beispielsweise in Mesa-Gebieten ausgebildet sein. Die Mesa-Gebiete können sich als Streifen entlang der zweiten lateralen Richtung erstrecken. Entlang der ersten lateralen Richtung kann jedes Mesa-Gebiet von Gräben begrenzt sein. Das Sourcegebiet kann beispielsweise als eine Vielzahl von Source-Teilgebieten entlang der zweiten lateralen Richtung angeordnet sein, wobei die Vielzahl an Source-Teilgebieten durch einen lateralen Abstand voneinander beabstandet sein kann.
  • In zumindest einem der Mesa-Gebiete eines Transistorzellenbereichs des IGBT kann beispielsweise das Sourcegebiet nur an einen der gegenüberliegenden Gräben grenzen, die das jeweilige Mesa-Gebiet begrenzen. In diesem Fall kann das Sourcegebiet an einen der Gategräben an einer ersten Seite grenzen, wobei das Mesa-Gebiet an einer entgegengesetzten zweiten Seite beispielsweise an einen anderen Grabentyp grenzen kann. Der andere Grabentyp kann auch eine Grabenelektrode und ein Grabendielektrikum enthalten. Materialien und Abmessungen der Grabenelektrode und des Grabendielektrikums des anderen Grabens und des Gategrabens können beispielsweise gleich sein. Jedoch kann die Grabenelektrode im anderen Grabentyp mit einer von einem Gateanschluss verschiedenen Elektrode elektrisch verbunden sein. Die Grabenelektrode im anderen Grabentyp kann beispielsweise mit der Emitterelektrode elektrisch verbunden sein. In diesem Fall kann der andere Grabentyp auch als Sourcegraben bezeichnet werden. Entlang Seitenwänden des Sourcegrabens kann im Hinblick auf die weggelassene Gateelektrode im Sourcegraben und im Hinblick auf das fehlende Sourcegebiet beispielsweise ein Laststromfluss unterdrückt werden. Beispielsweise können einige der Mesa-Gebiete im Transistorzellenbereich des IGBT von gegenüberliegenden Sourcegräben begrenzt sein. Einige andere Mesa-Gebiete im Transistorzellenbereich des IGBT können von gegenüberliegenden Gategräben begrenzt sein. Beispielsweise können noch einige andere Mesa-Gebiete im Transistorzellenbereich des IGBT von einem Sourcegraben an einer von entgegengesetzten ersten und zweiten Seiten und von einem Gategraben an der anderen der entgegengesetzten ersten und zweiten Seiten beispielsweise begrenzt sein. Ein Einstellen der Anzahl und Abmessungen von z.B. Source- und Gategräben und Sourcegebieten kann beispielsweise ein Abstimmen elektrischer Parameter des IGBT ermöglichen.
  • Eine vertikale Erstreckung und eine Dotierungskonzentration des Driftgebiets können beispielsweise Parameter zum Einstellen einer elektrischen Ziel-Durchbruchspannung zwischen der Emitter- und Kollektorelektrode sein.
  • Die Kollektorelektrode kann eine hochdotierte polykristalline Siliziumschicht und/oder eine metallhaltige Schicht enthalten oder daraus bestehen.
  • In den Mesa-Gebieten der Diode, die dem IGBT benachbart ist, können beispielsweise Sourcegebiete, welche mit der Emitterelektrode elektrisch verbunden sind, beispielsweise weggelassen sein. Entgegengesetzte Seitenwände des Anodengebiets können zum Beispiel direkt an die Graben-Dielektrika z.B. einschließlich eines Teils der Seitenwand, der an die erste Oberfläche grenzt, grenzen. Beispielsweise können Materialien und Abmessungen von Elektroden und Dielektrika im Gategraben und im Diodengraben beispielsweise gleich sein.
  • Die Diodengraben-Elektrode kann zum Beispiel mit einem vom Gateanschluss verschiedenen Anschluss elektrisch verbunden sein. Die Diodengraben-Elektrode kann zum Beispiel mit der Emitterelektrode elektrisch verbunden sein. Eine Anzahl an Diodengräben, die entlang einer lateralen Richtung, z.B. der ersten lateralen Richtung, aufeinanderfolgend angeordnet sind, kann zum Beispiel größer als 30 oder größer als 100 oder gar größer als 300 sein. Eine Abmessung von Diodengräben, die entlang einer lateralen Richtung, z.B. der ersten lateralen Richtung, aufeinanderfolgend angeordnet sind, kann entlang dieser lateralen Richtung zum Beispiel größer als 3 um oder größer als 50 um oder größer als 200 um oder sogar größer als 900 um sein.
  • Beispielsweise kann eine Abmessung eines oder mehrerer Mesa-Gebiete der Diode zum Beispiel größer als eine Abmessung einiger oder all der Mesa-Gebiete des IGBT sein.
  • Eines oder mehrere der Mesa-Gebiete der Diode können beispielsweise zumindest zwei erste Kontaktvertiefungen, die entlang der ersten lateralen Richtung voneinander getrennt sind, zwischen gegenüberliegenden Diodengräben beispielsweise enthalten. Eine Breite oder laterale Erstreckung einer, einiger oder all der ersten Kontaktvertiefungen der Diode entlang der ersten lateralen Richtung kann sich von einer Breite oder lateralen Erstreckung einer zweiten Kontaktvertiefung im Transistorzellenbereich des IGBT unterschieden. Beispielsweise kann eine Breite oder laterale Erstreckung von zumindest einer der ersten Kontaktvertiefungen zum Beispiel größer als eine Breite oder laterale Erstreckung des Mesa-Gebiets im Transistorzellenbereich des IGBT sein.
  • Der IGBT und die Diode können beispielsweise zumindest teilweise von einem Randabschlussbereich lateral umgeben sein. Randabschlusselemente können im Randabschlussbereich ausgebildet sein, der ein Bereich des Halbleiterkörpers ist, der den aktiven Vorrichtungsbereich teilweise oder vollständig umgibt. Da pn-Übergänge innerhalb des Halbleiterkörpers, z.B. pn-Übergänge zwischen einem Bodygebiet und dem Driftgebiet des IGBT oder zwischen dem Kathodengebiet und dem Anodengebiet der Diode, nicht unendlich sind, sondern an den Randzonen des Halbleiterkörpers enden, begrenzt dieser Randeffekt die Durchbruchspannung der Vorrichtung unterhalb des idealen Werts, der durch den unendlichen Übergang in einer parallelen Ebene festgelegt ist. Man muss Sorgfalt walten lassen, um einen zweckmäßigen und effizienten Abschluss des pn-Übergangs am Rand des Halbleiterkörpers sicherzustellen. Der Randabschlussbereich ist eine Maßnahme, um einen zweckmäßigen und effizienten Abschluss des pn-Übergangs sicherzustellen. Im Randabschlussbereich können die Randabschlussstrukturen ausgebildet werden, um das elektrische Feld am Rand des Halbleiterkörpers zu verringern. Je nach der Spannungsklasse der Halbleitervorrichtung kann eine laterale Abmessung des Randabschlussbereichs variieren. Halbleitervorrichtungen mit höheren Spannungsklassen erfordern typischerweise größere laterale Erstreckungen ihrer Randabschlussbereiche, um einen zweckmäßigen Abschluss des pn-Übergangs sicherzustellen. Beispiele von Randabschlussstrukturen im Randabschlussbereich umfassen beispielsweise Feldplatten, Junction- bzw. Übergangsabschlussausdehnungs- (JTE-) Strukturen, eine Variation von lateralen Dotierungs- (VLD-) Strukturen. Zwischen dem aktiven Vorrichtungsbereich und dem Randabschlussbereich kann beispielsweise ein Übergangsgebiet vorhanden sein, um die Randabschlussstruktur elektrisch zu verbinden.
  • Beispielsweise kann das Anoden-Kontaktgebiet eine höhere Dotierungskonzentration als das Anodengebiet bei einer Referenztiefe, z.B. einem Referenzabstand zur ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers, aufweisen. Das Anoden-Kontaktgebiet kann beispielsweise eine niederohmige Verbindung zwischen dem Anodengebiet und der ersten Kontaktvertiefung tragen. Das Anoden-Kontaktgebiet kann durch zumindest einen Ionenimplantationsprozess durch eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung gebildet werden. Durch Abschirmen von Seitenwänden der ersten Kontaktvertiefung während des zumindest einen Ionenimplantationsprozesses z.B. mittels eines Abstandshalters oder einer Auskleidung kann eine Dotierung des Halbleiterkörpers an den Seitenwänden der ersten Kontaktvertiefung beispielsweise reduziert oder unterdrückt werden. Eine Dotierung an den Seitenwänden kann durch rückgestreute Dotierstoffionen z.B. vom Vertiefungsboden verursacht werden. Da eine Anodeneffizienz der Diode von einer Seitenwanddotierung abhängen kann, können Prozessschwankungen von z.B. einer Verjüngung der Vertiefung, einem Implantationswinkel oder Vertiefungsabmessungen unerwünschte Variationen in der Anodeneffizienz verursachen. Ein Seitenwand-Abstandshalter während einer Ionenimplantation kann eine Reduzierung einer Seitenwanddotierung ermöglichen, wodurch eine präzisere Einstellung der Anodeneffizienz der Diode sichergestellt wird. Eine maximale Dotierungskonzentration in einem Dotierungsgebiet der Seitenwand kann zum Beispiel um zumindest einen Faktor 100 oder 1000 oder 10000 kleiner als eine maximale Dotierungskonzentration des Anoden-Kontaktgebiets sein.
  • Das Anoden-Kontaktgebiet kann beispielsweise eine erste Dotierungskonzentration bei einer ersten Position unterhalb eines Zentrums oder einer Mitte der Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung aufweisen. Die Dotierungskonzentration des Anoden-Kontaktgebiets kann beginnend von der ersten Position bis zu einer zweiten Position entlang der ersten lateralen Richtung über einen lateralen Abstand 11 um zumindest einen Faktor Zehn abnehmen. Der laterale Abstand 11 kann kleiner als die halbe Breite der ersten Kontaktvertiefung entlang der ersten lateralen Richtung an der ersten Oberfläche sein. Der obige laterale Abstand 11 der ersten Dotierungskonzentration ist kleiner als ein lateraler Abstand 11' eines Anoden-Kontaktgebiets, das durch eine Bodenseite der Kontaktvertiefung ohne jeglichen Abstandshalter an den Seitenwänden der Vertiefung implantiert wird. Eine Ausbildung des Anoden-Kontaktgebiets mittels Ionenimplantation unter Verwendung von Seitenwand-Abstandshaltern ermöglicht nicht nur eine Reduzierung einer unerwünschten Seitenwanddotierung, sondern ermöglicht auch eine Reduzierung der lateralen Erstreckung des Anoden-Kontaktgebiets. Folglich kann ein lateraler Überstand des Anoden-Kontaktgebiets über die Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung hinaus gesteuert werden. Beispielsweise kann die Dotierungskonzentration des Anoden-Kontaktgebiets über den lateralen Abstand 11 auch um zumindest einen Faktor 50 oder um zumindest einen Faktor 100 oder um zumindest einen Faktor 500 abnehmen.
  • Ein Konzentrationsprofil einer Dotierung des Anoden-Kontaktgebiets kann beispielsweise ein durch Diffusion verbreitertes Profil von Dotierstoffen sein, die durch eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung mittels Ionenimplantation eingeführt werden, wobei zur Zeit der Ionenimplantation ein Seitenwand-Abstandshalter an Seitenwänden der ersten Kontaktvertiefung angeordnet ist. Beispielsweise kann eine Dicke des Seitenwand-Abstandshalters zum Beispiel von 5 nm bis 100 nm oder von 10 nm bis 50 nm reichen. Die Verwendung eines Seitenwand-Abstandshalters zum Ausbilden des Body-Kontaktgebiets wird verglichen mit einer Implantation ohne jegliche Seitenwand-Abstandshalter eine insgesamt kleinere laterale Erstreckung eines durch Diffusion verbreiterten Profils der implantierten Dotierstoffe ergeben. Zum Beispiel kann ein vertikales und laterales, durch Diffusion verbreitertes Profil der Dotierstoffe, die durch eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung mittels Ionenimplantation in den Halbleiterkörper eingeführt werden, durch eine geeignete Charakterisierungstechnik, z.B. Messungen einer Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS), einer Ausbreitungswiderstandsanalyse (SRA), eines Stripping-Hall (SH) oder einer elektrochemischen Kapazitätsspannung bestimmt werden. Da das vertikale Profil und das laterale Profil miteinander zusammenhängen, ermöglichen Werkzeuge einer Halbleiterprozess-Simulation, z.B. ein Technology Computer-Aided Design (TCAD), eine Abstandshalterdicke zu bestimmen, indem Diffusionsprofile an die experimentellen Daten des lateralen und vertikalen Profils in Abhängigkeit von der Abstandshalterdicke zum Ausbilden des Anoden-Kontaktgebiets angepasst werden. Auf diese Weise kann ein Nutzungsnachweis eines Seitenwand-Abstandshalters für eine Ausbildung des Anoden-Kontaktgebiets erbracht werden. Als Alternative oder zusätzlich zu einem Abstandshalter kann beispielsweise eine Auskleidung genutzt werden, wobei die Auskleidung Seitenwände und eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung auskleidet und die Dotierstoffe durch die Auskleidung in den Halbleiterkörper implantiert werden.
  • Die Halbleitervorrichtung kann zum Beispiel ferner eine zweite Kontaktvertiefung aufweisen, die sich von der ersten Oberfläche entlang der vertikalen Richtung in das Bodygebiet erstreckt. Beispielsweise können die erste Kontaktvertiefung in der Diode und die zweite Kontaktvertiefung im IGBT gleichzeitig gebildet werden. Ein Füllmaterial (Füllmaterialien) der ersten Kontaktvertiefung und der zweiten Kontaktvertiefung kann (können) zum Beispiel gleich sein.
  • Die Halbleitervorrichtung kann ferner beispielsweise ein Body-Kontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps aufweisen, das an eine Bodenseite der zweiten Kontaktvertiefung grenzt. Ein Profil einer Dotierungskonzentration des Anoden-Kontaktgebiets entlang der vertikalen Richtung beim Zentrum der ersten Kontaktvertiefung kann gleich einem Profil einer Dotierungskonzentration des Body-Kontaktgebiets entlang der vertikalen Richtung bei einem Zentrum der zweiten Kontaktvertiefung sein. Die Dotierungskonzentrationsprofile des Body-Kontakt- und des Anoden-Kontaktgebiets können beispielsweise gleichzeitig ausgebildet werden.
  • Eine Breite der zweiten Kontaktvertiefung an der ersten Oberfläche kann zum Beispiel gleich einer Breite der ersten Kontaktvertiefung an der ersten Oberfläche sein, und eine Tiefe der zweiten Kontaktvertiefung kann gleich einer Tiefe der ersten Kontaktvertiefung sein.
  • Der IGBT kann zum Beispiel ein Array von IGBT-Transistorzellen enthalten. Die Diode kann außerhalb des Arrays der IGBT-Transistorzellen angeordnet sein. Zum Beispiel können die IGBT-Transistorzellen in der Form von Streifen vorliegen. Die Diode kann ebenfalls in der Form von Streifen ausgebildet sein. Zum Beispiel können Mesa-Gebiete der IGBT-Transistorzellen an einem ersten Oberflächenteil des Halbleiterkörpers zu Mesa-Gebieten der Diode an einem zweiten Oberflächenteil des Halbleiterkörpers beispielsweise werden. Außerdem oder als Alternative dazu können Mesa-Gebiete der Diode auch in einem dritten Oberflächenteil des Halbleiterkörpers angeordnet sein, wobei die Mesa-Gebiete der Diode und die Mesa-Gebiete des IGBT zum Beispiel parallel zueinander verlaufen.
  • Beispielsweise kann eine laterale Erstreckung der Diode größer sein als eine Dicke des Halbleiterkörpers. Die laterale Erstreckung der Diode, die größer als die Dicke des Halbleiterkörpers ist, kann beispielsweise eine erste laterale Erstreckung entlang einer lateralen Bezugsrichtung sein, die kleiner als eine zweite laterale Erstreckung entlang einer zur lateralen Bezugsrichtung senkrechten lateralen Richtung ist. Die laterale Erstreckung kann beispielsweise eine minimale laterale Erstreckung der Diode sein.
  • Die Diodengraben-Elektrode kann zum Beispiel mit der Emitterelektrode elektrisch verbunden sein.
  • Details über strukturelle Elemente der Halbleitervorrichtung, z.B. Prozesse zur Herstellung, Abmessungen oder Funktionen struktureller Elemente des IGBT oder der Diode, die in den Beispielen oben beschrieben wurden, finden entsprechend Anwendung auf die Merkmale, die mit Verweis auf die Verfahren und Figuren im Folgenden beschrieben werden.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung kann ein Ausbilden eines IGBT in einem IGBT-Bereich eines Halbleiterkörpers umfassen. Ferner kann das Verfahren ein Ausbilden einer Diode in einem Diodenbereich des Halbleiterkörpers umfassen. Das Ausbilden der Diode kann ein Ausbilden eines Anodengebiets eines ersten Leitfähigkeitstyps einschließen, wobei das Anodengebiet von Diodengräben entlang einer ersten lateralen Richtung begrenzt ist. Jeder der Diodengräben kann eine Diodengraben-Elektrode und ein Diodengraben-Dielektrikum enthalten. Das Ausbilden der Diode kann ferner ein Ausbilden einer ersten Kontaktvertiefung einschließen, die sich entlang einer vertikalen Richtung von einer ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers in das Anodengebiet erstreckt. Das Ausbilden der Diode kann weiter ein Ausbilden eines Anoden-Kontaktgebiets des ersten Leitfähigkeitstyps einschließen, das an eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung grenzt. Das Ausbilden der Diode kann weiter ein Ausbilden eines Kathoden-Kontaktgebiets eines zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, das an eine der ersten Oberfläche entgegengesetzte zweite Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzt.
  • Die erste Kontaktvertiefung kann gebildet werden, indem eine Vertiefung in den Halbleiterkörper geätzt wird. Beispielsweise kann die erste Kontaktvertiefung zu einem ersten Kontaktloch in einem Zwischenschicht-Dielektrikum auf dem Halbleiterkörper werden. Das erste Kontaktloch und die erste Kontaktvertiefung können mit zumindest einem leitfähigen Material, z.B. einem hochdotierten Halbleitermaterial, einem Metall, einer Metalllegierung oder einer beliebigen Kombination davon, gefüllt werden. Ein oder mehrere Auskleidungsmaterialien können die erste Kontaktvertiefung auskleiden, um z.B. verbesserte Haft- und/oder Diffusionsbarriereneigenschaften zu erzielen.
  • Das Ausbilden des IGBT kann beispielsweise ferner ein Ausbilden eines Kollektorgebiets des ersten Leitfähigkeitstyps einschließen, das an die zweite Oberfläche grenzt. Weiter kann das Verfahren ein Ausbilden einer Kollektorelektrode einschließen, die mit dem Kathoden-Kontaktgebiet im Diodengebiet und mit dem Kollektorgebiet im IGBT-Gebiet über die zweite Oberfläche direkt elektrisch verbunden ist.
  • Ferner kann das Verfahren beispielsweise ein Ausbilden eines Abstandshalters in der ersten Kontaktvertiefung aufweisen. Danach kann ein Anoden-Kontaktgebiet beispielsweise gebildet werden, indem Dotierstoffe durch einen Boden der ersten Kontaktvertiefung wie in den obigen Beispielen beschrieben eingeführt werden.
  • Das Verfahren kann zum Beispiel weiter ein Ausbilden einer Auskleidung aufweisen, die Seitenwände und einen Boden der ersten Kontaktvertiefung auskleidet. Danach kann ein Anoden-Kontaktgebiet beispielsweise gebildet werden, indem Dotierstoffe in den Halbleiterkörper durch die Verkleidung am Boden der ersten Kontaktvertiefung wie in den Beispielen oben beschrieben eingeführt werden.
  • Das Ausbilden des IGBT im IGBT-Bereich kann beispielsweise ein Ausbilden eines Arrays von IGBT-Transistorzellen einschließen, wobei die Diode im Diodenbereich außerhalb des Arrays der IGBT-Transistorzellen gebildet wird.
  • Weiterhin kann das Verfahren beispielsweise ein Ausbilden einer zweiten Kontaktvertiefung aufweisen, die sich entlang der vertikalen Richtung von der ersten Oberfläche in das Bodygebiet erstreckt.
  • Zum Beispiel kann das Ausbilden eines IGBT ferner ein Ausbilden eines Gategrabens einschließen, der eine Gateelektrode und ein Gatedielektrikum enthält. Das Ausbilden des IGBT kann weiter ein Ausbilden eines Sourcegebiets des zweiten Leitfähigkeitstyps einschließen, das an den Gategraben grenzt. Die Ausbildung des IGBT kann weiter ein Ausbilden eines Bodygebiets eines ersten Leitfähigkeitstyps einschließen, das an den Gategraben grenzt. Das Ausbilden des IGBT kann weiter ein Ausbilden einer Emitterelektrode einschließen, die über die erste Oberfläche des Halbleiterkörpers mit dem Bodygebiet und mit dem Sourcegebiet elektrisch verbunden ist. Die Ausbildung des IGBT kann ferner ein Ausbilden eines Driftgebiets des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen dem Bodygebiet und der zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers umfassen.
  • Weiterhin kann das Verfahren beispielsweise ein Ausbilden eines Body-Kontaktgebiets des ersten Leitfähigkeitstyps einschließen, das an eine Bodenseite der zweiten Kontaktvertiefung grenzt. Das Body-Kontaktgebiet und das Anoden-Kontaktgebiet können gleichzeitig gebildet werden.
  • Zum Beispiel können das Bodygebiet und das Anodengebiet ebenfalls gleichzeitig gebildet werden.
  • Die oben und im Folgenden beschriebenen Beispiele und Merkmale können kombiniert werden.
  • Mehr Details und Aspekte werden in Verbindung mit den oben oder im Folgenden beschriebenen Beispielen erwähnt. Eine Bearbeitung des Halbleiterkörpers kann ein oder mehr optionale zusätzliche Merkmale entsprechend einem oder mehr Aspekten aufweisen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren, oben oder im folgenden beschriebenen Beispielen erwähnt werden.
  • Funktionale und strukturelle Details, die in Bezug auf die obigen Beispiele beschrieben wurden, sollen gleichermaßen Anwendung auf die exemplarischen Beispiele finden, die in den Figuren veranschaulicht und im Folgenden weiter beschrieben werden.
  • Bezugnehmend auf die schematische Querschnittsansicht von 1 wird ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 veranschaulicht.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 enthält einen IGBT 102 in einem IGBT-Bereich 104 eines Halbleiterkörpers 106. Ein Gategraben 112 erstreckt sich entlang einer vertikalen Richtung y von einer ersten Oberfläche 122 in den Halbleiterkörper. Der Gategraben 112 enthält eine Gateelektrode 114 und ein Gatedielektrikum 116.
  • Ein n+-dotiertes Sourcegebiet 118 grenzt an den Gategraben 112. Ein p-dotiertes Bodygebiet 120 grenzt ebenfalls an den Gategraben 112.
  • Eine Emitterelektrode E ist über die erste Oberfläche 122 des Halbleiterkörpers 106 mit dem Bodygebiet 120 und mit dem Sourcegebiet 118 elektrisch verbunden. Ein n--dotiertes Driftgebiet 124 ist zwischen dem Bodygebiet 120 und einer zweiten Oberfläche 126 des Halbleiterkörpers 106 angeordnet. Ein p+-dotiertes Kollektorgebiet 130, z.B. ein rückseitiges Emittergebiet, ist zwischen dem Driftgebiet 124 und der zweiten Oberfläche 126 angeordnet. Eine Kollektorelektrode C ist über die zweite Oberfläche 126 mit dem Kollektorgebiet 130 elektrisch verbunden.
  • Ferner enthält die Halbleitervorrichtung eine Diode 108 in einem Diodenbereich 110, die dem IGBT 102 im IGBT-Bereich 104 benachbart ist. Die Diode 108 enthält ein p-dotiertes Anodengebiet 132. Das Anodengebiet 132 ist von Diodengräben 134 entlang einer ersten lateralen Richtung x1 begrenzt. Jeder der Diodengräben 134 enthält eine Diodengraben-Elektrode 136 und ein Diodengraben-Dielektrikum 138. Eine erste Kontaktvertiefung 140 erstreckt sich entlang einer vertikalen Richtung y von der ersten Oberfläche 122 des Halbleiterkörpers 106 in das Anodengebiet 132. Ein n+-dotiertes Kathoden-Kontaktgebiet 128 ist zwischen dem Anodengebiet 132 und der zweiten Oberfläche 126 angeordnet. Die Kollektorelektrode C ist über die zweite Oberfläche 126 mit dem Kathoden-Kontaktgebiet 128 elektrisch verbunden.
  • In den obigen Beispielen beschriebene Details, z.B. Details in Bezug auf Abmessungen, eine Bearbeitung oder Funktion, gelten entsprechend für die in den Figuren, z.B. 1, veranschaulichten Elemente.
  • 2A und 2B sind schematische Draufsichten, um beispielhafte Anordnungen der Diode 108 und des IGBT 102 zu veranschaulichen.
  • In dem in der Draufsicht von 2A veranschaulichten Beispiel grenzt die Diode 108 lateral an den IGBT 102, indem sie vom IGBT 102 umgeben ist. Ein Randabschlussbereich 142 umgibt den IGBT 102 und die Diode 108.
  • In dem in 2B veranschaulichten Beispiel ist die Diode 108 zwischen getrennten Teilen des IGBT 102 angeordnet. Abgesehen von den beispielhaften Anordnungen der Diode 108, die lateral an den IGBT 102 grenzt, kann beispielsweise eine enorme Vielfalt an anderen Anordnungen genutzt werden.
  • Bezugnehmend auf die schematische Querschnittsansicht von 3A wird ein Beispiel eines Prozessmerkmals, wenn die Halbleitervorrichtung 100 der 1 bis 2B gebildet wird, schematisch veranschaulicht. Ein Abstandshalter 144 wird in der ersten Kontaktvertiefung 140 ausgebildet. Der Abstandshalter 144 erstreckt sich auch entlang Seitenwänden einer Öffnung in einem Zwischenschicht-Dielektrikum 146 auf der ersten Oberfläche 122 des Halbleiterkörpers 100. Der Abstandshalter 144 kann zum Beispiel ein oder mehrere dielektrische Materialien, z.B. Oxide und/oder Nitride, enthalten.
  • Ein Anoden-Kontaktgebiet 148 wird im Halbleiterkörper 106 mittels Ionenimplantation von Dotierstoffen durch einen Boden der ersten Kontaktvertiefung 140 gebildet. Details über das Anoden-Kontaktgebiet 148, z.B. Abmessungen und Vorteile des Abstandshalterprozesses, die in den obigen Beispielen beschrieben wurden, gelten entsprechen. Das Anoden-Kontaktgebiet 148 kann zum Beispiel eine erste Dotierungskonzentration an einer ersten Position unter einem Zentrum oder einer Mitte einer Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung 140 mit einer ersten Breite w1 an der ersten Oberfläche 122 aufweisen. Die Dotierungskonzentration des Anoden-Kontaktgebiets 148 kann beginnend von der ersten Position bis zu einer zweiten Position entlang der ersten lateralen Richtung über einen lateralen Abstand 11 um zumindest einen Faktor Zehn abnehmen. Der obige laterale Abstand 11 der ersten Dotierungskonzentration ist kleiner als ein entsprechender lateraler Abstand 11' eines (durch eine gepunktete Linie in 3A angegebenen) Anoden-Kontaktgebiets, das durch eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung ohne jeglichen Abstandshalter an den Seitenwänden der Vertiefung implantiert wird.
  • Bezugnehmend auf die schematische Querschnittsansicht von 3B wird ein anderes Beispiel eines Prozessmerkmals, wenn die Halbleitervorrichtung 100 der 1 bis 2B gebildet wird, schematisch veranschaulicht. Eine Auskleidung 150 wird in der ersten Kontaktvertiefung 140 gebildet. Die Auskleidung 150 erstreckt sich auch entlang Seitenwänden einer Öffnung in einem Zwischenschicht-Dielektrikum 146 auf der ersten Oberfläche 122 des Halbleiterkörpers 106. Beispielsweise kann die Auskleidung 150 ein oder mehrere dielektrische Materialien, z.B. Oxide und/oder Nitride, enthalten.
  • Ein Anoden-Kontaktgebiet 148 wird im Halbleiterkörper 106 mittels Ionenimplantation von Dotierstoffen durch die Auskleidung 150 am Boden der ersten Kontaktvertiefung 140 gebildet. Details über das Anoden-Kontaktgebiet 148, z.B. Abmessungen und Vorteile des Auskleidungsprozesses, die in den obigen Beispielen beschrieben wurden, gelten entsprechend.
  • Bezugnehmend auf die schematische Querschnittsansicht von 4A können in einem oder mehreren Mesa-Gebieten 152 der Diode 108 zumindest zwei erste Kontaktvertiefungen 140 angeordnet und entlang der ersten lateralen Richtung x1 zwischen gegenüberliegenden Diodengräben 134 voneinander getrennt sein. Beispielsweise kann sich eine erste Breite w1 einer, einiger oder all der ersten Kontaktvertiefungen 140 der Diode 108 entlang der ersten lateralen Richtung x1 von einer zweiten Breite oder lateralen Erstreckung einer zweiten Kontaktvertiefung im IGBT 102 unterscheiden. Die zweite Kontaktvertiefung im IGBT 102 kann zum Beispiel mit dem Source- und Bodygebiet elektrisch verbunden sein.
  • Bezugnehmend auf die schematische Querschnittsansicht von 4B ist in einem oder mehreren Mesa-Gebieten 152 der Diode 108 die erste Breite w1 einer, einiger oder all der ersten Kontaktvertiefungen 140 der Diode 108 entlang der ersten lateralen Richtung x1 größer als eine Breite wm2 eines Mesa-Gebiets im IGBT 102 und ist ferner größer als eine zweite Breite w2 einer zweiten Kontaktvertiefung 154 des IGBT 102. Ein Body-Kontaktgebiet 156 grenzt an einen Boden der zweiten Kontaktvertiefung 154. In anderen Bereichen des IGBT 102 und/oder der Diode 108 kann die erste Breite w1 der ersten Kontaktvertiefung 140 beispielsweise gleich der zweiten Breite w2 der zweiten Kontaktvertiefung 154 sein.

Claims (21)

  1. Halbleitervorrichtung (100), aufweisend: einen IGBT (102) in einem IGBT-Bereich (104) eines Halbleiterkörpers (106); eine Diode (108) in einem Diodenbereich (110) des Halbleiterkörpers (106), wobei die Diode (108) aufweist: ein p-dotiertes Anodengebiet (132), wobei das Anodengebiet (132) von Diodengräben (134) entlang einer ersten lateralen Richtung (x1) begrenzt ist, wobei jeder der Diodengräben (134) eine Diodengraben-Elektrode (136) und ein Diodengraben-Dielektrikum (138) enthält; eine erste Kontaktvertiefung (140), die sich entlang einer vertikalen Richtung (y) von einer ersten Oberfläche (122) des Halbleiterkörpers (106) in das Anodengebiet (132) erstreckt; ein p-dotiertes Anoden-Kontaktgebiet (148), das an eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung (140) grenzt; und ein n-dotiertes Kathoden-Kontaktgebiet (128), das an eine der ersten Oberfläche (122) entgegengesetzte zweite Oberfläche (126) des Halbleiterkörpers (106) grenzt.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der IGBT (102) ein p-dotiertes Kollektorgebiet (130), das an die zweite Oberfläche (126) grenzt, und wobei die Halbleitervorrichtung ferner eine Kollektorelektrode (C) aufweist, die über die zweite Oberfläche (126) mit dem Kathoden-Kontaktgebiet (128) im Diodenbereich (110) und mit dem Kollektorgebiet (130) im IGBT-Bereich (104) direkt elektrisch verbunden ist.
  3. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anoden-Kontaktgebiet (148) eine erste Dotierungskonzentration an einer ersten Position unter einem Zentrum einer Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung (140) aufweist und wobei die Dotierungskonzentration des Anoden-Kontaktgebiets (148) beginnend von der ersten Position bis zu einer zweiten Position entlang der ersten lateralen Richtung über einen lateralen Abstand 11 um zumindest einen Faktor Zehn abnimmt und wobei der laterale Abstand 11 kleiner als die Hälfte einer Breite (w1) der ersten Kontaktvertiefung (140) entlang der ersten lateralen Richtung (x1) an der ersten Oberfläche (122) ist.
  4. Halbleitervorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Dotierungskonzentration des Anoden-Kontaktgebiets (148) über den lateralen Abstand 11 um zumindest einen Faktor 100 abnimmt.
  5. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Dotierungskonzentrationsprofil des Anoden-Kontaktgebiets (148) ein durch Diffusion verbreitertes Profil von Dotierstoffen ist, die durch eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung (140) mittels Ionenimplantation in den Halbleiterkörper (106) eingeführt wurden, wobei zur Zeit der Ionenimplantation ein Seitenwand-Abstandshalter (144) oder eine Auskleidung (150) an Seitenwänden der ersten Kontaktvertiefung (140) angeordnet ist.
  6. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der IGBT (102) ferner aufweist: einen Gategraben (112), der eine Gateelektrode (114) und ein Gatedielektrikum (116) enthält; ein n-dotiertes Sourcegebiet (118), das an den Gategraben (112) grenzt; ein p-dotiertes Bodygebiet (120), das an den Gategraben (112) grenzt; eine Emitterelektrode (E), die über die erste Oberfläche (122) des Halbleiterkörpers (106) mit dem Bodygebiet (120) und mit dem Sourcegebiet (118) elektrisch verbunden ist; ein n-dotiertes Driftgebiet (124) zwischen dem Bodygebiet (120) und der zweiten Oberfläche (126) des Halbleiterkörpers (106) .
  7. Halbleitervorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend eine zweite Kontaktvertiefung (154), die sich von der ersten Oberfläche (122) entlang der vertikalen Richtung (y) in das Bodygebiet (120) erstreckt.
  8. Halbleitervorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend ein p-dotiertes Body-Kontaktgebiet (156), das an eine Bodenseite der zweiten Kontaktvertiefung (154) grenzt, wobei ein Dotierungskonzentrationsprofil des Anoden-Kontaktgebiets (148) entlang der vertikalen Richtung (y) bei einem Zentrum der ersten Kontaktvertiefung (140) gleich einem Dotierungskonzentrationsprofil des Body-Kontaktgebiets (156) entlang der vertikalen Richtung (y) bei einem Zentrum der zweiten Kontaktvertiefung (154) ist.
  9. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Breite (w2) der zweiten Kontaktvertiefung (154) an der ersten Oberfläche (122) gleich einer Breite (w1) der ersten Kontaktvertiefung (140) an der ersten Oberfläche (122) ist und eine Tiefe der zweiten Kontaktvertiefung gleich einer Tiefe der ersten Kontaktvertiefung ist.
  10. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der IGBT (102) ein Array von IGBT-Transistorzellen enthält und die Diode (108) außerhalb des Arrays der IGBT-Transistorzellen angeordnet ist.
  11. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine laterale Erstreckung der Diode größer ist als eine Dicke des Halbleiterkörpers (106).
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Diodengraben-Elektrode (136) mit der Emitterelektrode (E) elektrisch verbunden ist.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung (100), aufweisend: ein Ausbilden eines IGBT (102) in einem IGBT-Bereich (104) eines Halbleiterkörpers (106); ein Ausbilden einer Diode (108) in einem Diodenbereich (110) des Halbleiterkörpers (106), wobei ein Ausbilden der Diode (108) aufweist: ein Ausbilden eines p-dotierten Anodengebiets (132), wobei das Anodengebiet (132) von Diodengräben (134) entlang einer ersten lateralen Richtung (x1) begrenzt ist, wobei jeder der Diodengräben (134) eine Diodengraben-Elektrode (136) und ein Diodengraben-Dielektrikum (138) enthält; und ein Ausbilden einer ersten Kontaktvertiefung (140), die sich entlang einer vertikalen Richtung (y) von einer ersten Oberfläche (122) des Halbleiterkörpers (106) in das Anodengebiet (132) erstreckt; ein Ausbilden eines p-dotierten Anoden-Kontaktgebiets (148), das an eine Bodenseite der ersten Kontaktvertiefung (140) grenzt; und ein Ausbilden eines n-dotierten Kathoden-Kontaktgebiets (128), das an eine der ersten Oberfläche entgegengesetzte zweite Oberfläche (126) des Halbleiterkörpers (106) grenzt.
  14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Ausbilden des IGBT (102) ferner ein Ausbilden eines n-dotierten Kollektorgebiets (130) aufweist, das an die zweite Oberfläche (126) grenzt, und wobei das Verfahren ferner aufweist ein Ausbilden einer Kollektorelektrode (C), die über die zweite Oberfläche (126) mit dem Kathoden-Kontaktgebiet (128) im Diodenbereich (110) und mit dem Kollektorgebiet (130) im IGBT-Bereich (104) direkt elektrisch verbunden ist.
  15. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Ausbilden eines Abstandshalters (144) in der ersten Kontaktvertiefung (140); und danach ein Ausbilden eines Anoden-Kontaktgebiets (148), indem Dotierstoffe durch einen Boden der ersten Kontaktvertiefung (140) in den Halbleiterkörper (106) eingeführt werden.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, ferner aufweisend: ein Ausbilden einer Auskleidung (150), die Seitenwände und einen Boden der ersten Kontaktvertiefung (140) auskleidet; und danach ein Ausbilden eines Anoden-Kontaktgebiets (148), indem Dotierstoffe durch die Auskleidung (150) am Boden der ersten Kontaktvertiefung (140) in den Halbleiterkörper (106) eingeführt werden.
  17. Verfahren nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ausbilden des IGBT (102) ferner ein Ausbilden eines Arrays von IGBT-Transistorzellen einschließt und wobei die Diode (108) außerhalb des Arrays von IGBT-Transistorzellen ausgebildet wird.
  18. Verfahren nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Ausbilden einer zweiten Kontaktvertiefung (154), die sich entlang der vertikalen Richtung (y) von der ersten Oberfläche (122) in ein Bodygebiet (120) erstreckt.
  19. Verfahren nach einem der sechs vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ausbilden des IGBT (102) ferner aufweist: ein Ausbilden eines Gategrabens (112), der eine Gateelektrode (114) und ein Gatedielektrikum (116) enthält; ein Ausbilden eines n-dotierten Sourcegebiets (118), das an den Gategraben (112) grenzt; ein Ausbilden eines p-dotierten Bodygebiets (120), das an den Gategraben (112) grenzt; ein Ausbilden einer Emitterelektrode (E), die über die erste Oberfläche (122) des Halbleiterkörpers (106) mit dem Bodygebiet (120) und mit dem Sourcegebiet (118) elektrisch verbunden ist; ein Ausbilden eines n-dotierten Driftgebiets (124) zwischen dem Bodygebiet (120) und der zweiten Oberfläche (126) des Halbleiterkörpers (106).
  20. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Ausbilden eines p-dotierten Body-Kontaktgebiets (156), das an eine Bodenseite der zweiten Kontaktvertiefung (154) grenzt, und wobei das Body-Kontaktgebiet (156) und das Anoden-Kontaktgebiet (148) gleichzeitig gebildet werden.
  21. Verfahren nach einem der acht vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bodygebiet (120) und das Anodengebiet (132) gleichzeitig gebildet werden.
DE102019133030.0A 2019-12-04 2019-12-04 Bipolartransistor mit isoliertem gate enthaltende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren Active DE102019133030B4 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019133030.0A DE102019133030B4 (de) 2019-12-04 2019-12-04 Bipolartransistor mit isoliertem gate enthaltende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren
US17/106,413 US11444158B2 (en) 2019-12-04 2020-11-30 Semiconductor device including an anode contact region having a varied doping concentration
CN202011402792.7A CN112909084A (zh) 2019-12-04 2020-12-04 包括绝缘栅双极晶体管的半导体器件
US17/881,926 US20220376048A1 (en) 2019-12-04 2022-08-05 Semiconductor Device Including Insulated Gate Bipolar Transistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019133030.0A DE102019133030B4 (de) 2019-12-04 2019-12-04 Bipolartransistor mit isoliertem gate enthaltende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102019133030A1 DE102019133030A1 (de) 2021-06-10
DE102019133030B4 true DE102019133030B4 (de) 2023-05-04

Family

ID=75962525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019133030.0A Active DE102019133030B4 (de) 2019-12-04 2019-12-04 Bipolartransistor mit isoliertem gate enthaltende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11444158B2 (de)
CN (1) CN112909084A (de)
DE (1) DE102019133030B4 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014119278A1 (de) 2013-12-19 2015-06-25 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelemente

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011030454A1 (ja) * 2009-09-14 2011-03-17 トヨタ自動車株式会社 ダイオード領域とｉｇｂｔ領域を有する半導体基板を備える半導体装置
US9685523B2 (en) * 2014-12-17 2017-06-20 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Diode structures with controlled injection efficiency for fast switching
US20120217541A1 (en) * 2011-02-24 2012-08-30 Force Mos Technology Co., Ltd. Igbt with integrated mosfet and fast switching diode
JP6078961B2 (ja) * 2012-03-19 2017-02-15 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP6284314B2 (ja) * 2012-08-21 2018-02-28 ローム株式会社 半導体装置
JP2014103376A (ja) * 2012-09-24 2014-06-05 Toshiba Corp 半導体装置
US9105679B2 (en) * 2013-11-27 2015-08-11 Infineon Technologies Ag Semiconductor device and insulated gate bipolar transistor with barrier regions
JP6158058B2 (ja) * 2013-12-04 2017-07-05 株式会社東芝 半導体装置
US9337270B2 (en) * 2013-12-19 2016-05-10 Infineon Technologies Ag Semiconductor device
JP6421570B2 (ja) * 2013-12-20 2018-11-14 株式会社デンソー 半導体装置
JP5918288B2 (ja) * 2014-03-03 2016-05-18 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP6221974B2 (ja) * 2014-07-14 2017-11-01 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
CN106463504B (zh) * 2014-11-17 2019-11-29 富士电机株式会社 半导体装置以及半导体装置的制造方法
JP6185511B2 (ja) * 2015-05-26 2017-08-23 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP6274154B2 (ja) * 2015-05-27 2018-02-07 トヨタ自動車株式会社 逆導通ｉｇｂｔ
DE102015213630B4 (de) * 2015-07-20 2018-10-25 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung, welche eine Zone mit einer verkleinerten Bandlücke aufweist
JP6658021B2 (ja) * 2016-02-03 2020-03-04 株式会社デンソー 半導体装置
JP6790908B2 (ja) * 2017-02-23 2020-11-25 株式会社デンソー 半導体装置
JP6891560B2 (ja) * 2017-03-15 2021-06-18 富士電機株式会社 半導体装置
JP2018182254A (ja) * 2017-04-21 2018-11-15 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP6736531B2 (ja) * 2017-09-14 2020-08-05 株式会社東芝 半導体装置
JP7067041B2 (ja) * 2017-12-11 2022-05-16 株式会社デンソー 半導体装置
JP7003688B2 (ja) * 2018-01-25 2022-01-20 株式会社デンソー 半導体装置及びその製造方法
JP2019145708A (ja) * 2018-02-22 2019-08-29 株式会社東芝 半導体装置
JP7241656B2 (ja) * 2019-09-25 2023-03-17 三菱電機株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP7331733B2 (ja) * 2020-02-26 2023-08-23 三菱電機株式会社 半導体装置
JP7486373B2 (ja) * 2020-07-29 2024-05-17 三菱電機株式会社 半導体装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014119278A1 (de) 2013-12-19 2015-06-25 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelemente

Also Published As

Publication number Publication date
US20220376048A1 (en) 2022-11-24
CN112909084A (zh) 2021-06-04
DE102019133030A1 (de) 2021-06-10
US20210175329A1 (en) 2021-06-10
US11444158B2 (en) 2022-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014113214B4 (de) Bipolartransistor mit isoliertem gate mit mesaabschnitten zwischen zelltrenchstrukturen und verfahren zur herstellung
DE112012002956B4 (de) Bipolarer Transistor mit isoliertem Gate
DE10216633B4 (de) Halbleiteranordnung und Verfahren zur Herstellung der Halbleiteranordnung
DE112014003712T5 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102013113939B4 (de) Halbleiterbauelemente mit stufenförmigem Randabschluss und Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterbauelements
DE102013002988B4 (de) Halbleiterbauelement mit verbesserter Robustheit
DE102015212564A1 (de) Halbleitervorrichtung mit isoliertem Gate, aufweisend eine Schirmungselektrode und Verfahren
AT505176A2 (de) Grabenfeldplattenabschluss für leistungsvorrichtungen
DE102009047786A1 (de) Ein Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren dafür
DE102013110180A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102015100340A1 (de) Bipolare halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren dafür
DE102015121497B4 (de) Halbleitervorrichtung mit einem ersten gategraben und einem zweiten gategraben
DE102018203693A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102016107714A1 (de) Halbleitervorrichtung mit einer Transistorzelle, die einen Sourcekontakt in einem Graben umfasst, Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung und integrierte Schaltung
DE102016118543A1 (de) Halbleiterbauelemente, leistungshalbleiterbauelemente und verfahren zum bilden eines halbleiterbauelements
DE102014114897A1 (de) Verfahren zum Fertigen eines vertikalen Halbleiterbauelements und vertikales Halbleiterbauelement
DE102018120432B4 (de) Leistungshalbleitervorrichtung mit zulässig verifizierbarem p-Kontakt und Verfahren
DE102015118616B3 (de) Latchup-fester Transistor
DE102014113746A1 (de) Transistorbauelement mit einer feldelektrode
DE102013107123A1 (de) Ladungskompensations-Halbleitervorrichtung
DE102013111966B4 (de) Feldeffekthalbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102020121771A1 (de) Erste gate-elektrode und zweite gate-elektrode enthaltendehalbleitervorrichtung
DE102019133030B4 (de) Bipolartransistor mit isoliertem gate enthaltende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren
DE102021119199A1 (de) Gate-Grabenstruktur enthaltende Halbleitervorrichtung
DE102021124500A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R082 Change of representative