本發(fā)明涉及于功率半導(dǎo)體器件，特別是一種igbt器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

作為一種關(guān)鍵的功率半導(dǎo)體器件，絕緣柵雙極性晶體管（下文中稱為“igbt”）被廣泛應(yīng)用于各種中高壓功率開關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，如馬達(dá)驅(qū)動及電能轉(zhuǎn)換等，在這些及其他的相關(guān)應(yīng)用中，一個被igbt所驅(qū)動的功率負(fù)載往往是一個電感性負(fù)載。在高速開關(guān)過程中，由電感所感應(yīng)出的過沖電壓有可能促使igbt器件進(jìn)入雪崩擊穿狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致器件損壞失效，因此，igbt器件被要求對雪崩擊穿狀態(tài)有一定的耐受能力，該能力被量化為igbt的雪崩耐量。對于最新一代的igbt器件而言，因其工作在更高的電流密度及更快的開關(guān)速度，從而使得其對雪崩耐量的要求變得更加關(guān)鍵。

以下將對igbt現(xiàn)有技術(shù)背景進(jìn)行總結(jié)說明。需指出的是，本文件中所述的對應(yīng)位置詞如“上”，“下”，“左”，“右”，“前”，“后”，“垂直”，“水平”是對應(yīng)于參考圖示的相對位置。

如圖1中所示為一個現(xiàn)有技術(shù)的igbt器件100的截面結(jié)構(gòu)示意圖：igbt器件100有三個電極：發(fā)射極電極（121）（圖中標(biāo)為“e”極），集電極（122）（圖中標(biāo)為“c”極），及柵電極（123）（圖中標(biāo)為“g”極），其中柵電極（123）形成于一系列結(jié)構(gòu)特征相同的柵極溝槽（110）中，在每個柵電極（123）及其對應(yīng)的柵極溝槽（110）之間，有一層?xùn)沤橘|(zhì)（111）。在每兩個相鄰的柵極溝槽（110）（下文中稱為“柵槽”）之間，有一個p型體區(qū)（102），且該p型體區(qū)（102）的深度小于柵槽（110）的深度。柵電極（123）與相鄰的柵介質(zhì)層（111）、p型體區(qū)（102）、n⁺型發(fā)射極區(qū)（103）、p⁺型接觸區(qū)（104）和n^-型漂移區(qū)（101）共同構(gòu)成了一個金屬-氧化物-半導(dǎo)體（下文中稱為“mos”）結(jié)構(gòu)。另一方面，p型體區(qū)（102）、n^-型漂移區(qū)（101）、n型緩沖層（105）、及背面的p型集電極層（106）共同構(gòu)成了一個pnp型雙極性晶體管（下文中稱為“bjt”）。當(dāng)igbt器件100工作在正向?qū)顟B(tài)時，一個正向偏壓被置于柵電極（123）上，當(dāng)此電壓超過柵電極（123）所對應(yīng)的mos結(jié)構(gòu)的閾值電壓時，來自n⁺型發(fā)射極區(qū)（103）的電子將通過mos溝道的反型層注入n^-型漂移區(qū)（101），并成為對應(yīng)bjt結(jié)構(gòu)的基區(qū)電流，此基區(qū)電流進(jìn)一步引發(fā)背面的p型集電極層（106）向n^-型漂移區(qū)（101）注入空穴電流，因此，大量的電子及空穴載流子存在于n^-型漂移區(qū)（101）內(nèi)，繼而通過電導(dǎo)調(diào)制作用，大大降低該區(qū)的電阻率。但是，由于p型體區(qū)（102）與n^-型漂移區(qū)（101）之間的pn結(jié)處于弱反偏狀態(tài)，靠近n^-型漂移區(qū)（101）上表面的空穴載流子將在電場的作用下向p型體區(qū)（102）漂移，降低該區(qū)域的空穴載流子濃度。一個較低的空穴載流子濃度導(dǎo)致一個較高的電阻值，進(jìn)而導(dǎo)致一個較高的正向?qū)▔航担ㄏ挛闹蟹Q為“von”），一個較高的von導(dǎo)致igbt器件100在導(dǎo)通狀態(tài)下產(chǎn)生較高的能量損耗。此外，由于一系列密集排布的柵槽（110）的應(yīng)用，器件100有著較高的溝道密度，導(dǎo)致較高的柵寄生電容和較高的飽和電流值。一個較高的柵寄生電容會降低器件100的開關(guān)速度，增大其開關(guān)能量損耗，另一方面，一個較高的飽和電流值則會降低器件100對負(fù)載短路狀態(tài)的耐受能力。

為降低器件導(dǎo)通及開關(guān)損耗，提高負(fù)載短路能力，如圖2中所示，一種現(xiàn)有技術(shù)的igbt器件結(jié)構(gòu)200被提出。相關(guān)技術(shù)文件可參考美國專利文獻(xiàn)us6737705b2，igbt器件200有著一系列結(jié)構(gòu)特征相同的柵槽（110），但是與igbt器件100不同的是，器件200的柵槽（110）的排布密度較低，且相鄰柵槽（110）之間的一部分p型體區(qū)被置為電浮空狀態(tài)，形成電浮空p區(qū)（202），因此，在電浮空p區(qū)（202）內(nèi)并無mos溝道形成，這樣一來，器件200的柵寄生電容和溝道密度均被降低，有利于加快開關(guān)速度及提升負(fù)載短路能力。此外，在器件200的正向?qū)顟B(tài)下，大量的空穴載流子可以在電浮空p區(qū)（202）中積累，而避免被p型體區(qū)（102）與n^-型漂移區(qū)（101）之間的pn結(jié)電場所清離。因此，n^-型漂移區(qū)（101）內(nèi)的空穴載流子濃度可以被提高，從而降低n^-型漂移區(qū)（101）的導(dǎo)通電阻。由于器件200的導(dǎo)通電阻主要由n^-型漂移區(qū)（101）決定，因此器件200可以實現(xiàn)較低的von，從而達(dá)到較低的導(dǎo)通能量損耗。

然而，igbt器件200的一個缺陷在于，該結(jié)構(gòu)有著雪崩耐量不足的問題。在器件關(guān)斷狀態(tài)下，電浮空p區(qū)（202）與n^-型漂移區(qū)（101）之間的pn結(jié)并不能有效的耐受電壓，因此，電場將傾向于在柵槽（110）靠近電浮空p區(qū)（202）一側(cè)的底部角位發(fā)生聚集，這樣一來，雪崩擊穿將于該底部角位先行發(fā)生，導(dǎo)致器件200的擊穿電壓下降。在雪崩擊穿發(fā)生之后，大量的空穴載流子在擊穿點通過碰撞電離產(chǎn)生，部分空穴載流子會流經(jīng)電浮空p區(qū)（202），使得該區(qū)的電位被提高。這樣一來，導(dǎo)致電浮空p區(qū)（202）與n^-型漂移區(qū)（101）之間的pn結(jié)的耐壓能力被進(jìn)一步降低，因此，雪崩電流越大，器件200的擊穿電壓越低，結(jié)果造成如圖3所示的負(fù)阻型擊穿特性：igbt器件200的擊穿電壓隨著雪崩電流升高而降低（虛線所示），這種負(fù)阻型擊穿特性是一種不穩(wěn)定的擊穿特性。實際上，由于igbt器件內(nèi)部各元胞之間始終存在著微小的不均勻性，會有一些元胞的耐壓能力略低于平均耐壓，在器件關(guān)斷耐壓狀態(tài)下，這些元胞將先行發(fā)生擊穿并產(chǎn)生雪崩電流。由于igbt器件200的負(fù)阻型擊穿特性，隨著雪崩電流的增加，這些元胞的擊穿電壓會被進(jìn)一步降低，導(dǎo)致?lián)舸╇娏骶植考杏谶@些元胞中，極易造成元胞損壞。因此，這導(dǎo)致igbt器件200的雪崩耐量偏低，使該器件在實際應(yīng)用中易發(fā)生失效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上文中所提到的現(xiàn)有技術(shù)igbt器件中存在的問題，需要提供一種在不折損igbt其他各項性能指標(biāo)（如正向?qū)▔航祐on，開關(guān)速度，負(fù)載短路能力等）的基礎(chǔ)上，提升其雪崩耐量的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，及該結(jié)構(gòu)對應(yīng)的制造方法。

為實現(xiàn)以上所述目標(biāo)，本發(fā)明提出一種新型igbt器件結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的igbt器件結(jié)構(gòu)具有：一個集電極位于器件底部；一個第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層位于集電極之上；一個第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層位于所述第一半導(dǎo)體層之上；一個第二導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)位于所述第二半導(dǎo)體層之上；一系列被所述第三半導(dǎo)體區(qū)的上表面所部分封閉的結(jié)構(gòu)特征不同溝槽，所述溝槽根據(jù)其結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同可分為兩大類：溝槽深度較深的第一類溝槽，及溝槽深度較淺的第二類溝槽，其中溝槽深度指的是溝槽頂部與底部之間的垂直距離；一個柵電極形成于一個第一類溝槽中，且所述柵電極與相應(yīng)第一類溝槽內(nèi)壁之間被一個柵介質(zhì)層隔離；一個偽柵電極形成于一個第二類溝槽中，且所述偽柵電極與相應(yīng)第二類溝槽內(nèi)壁之間被一個柵介質(zhì)層隔離；一個第一導(dǎo)電型的第四半導(dǎo)體區(qū)位于所述第三半導(dǎo)體區(qū)之上，并且與一個第一類溝槽的一個側(cè)壁毗連；一個第二導(dǎo)電型的第五半導(dǎo)體區(qū)位于所述第四半導(dǎo)體區(qū)之上，并且與同一個第一類溝槽的同一側(cè)壁毗連；一個第一導(dǎo)電型的第六半導(dǎo)體區(qū)位于所述第四半導(dǎo)體區(qū)之上，并且與所述第五半導(dǎo)體區(qū)毗連；一個發(fā)射極電極位于器件頂部，并且連接所述第五半導(dǎo)體區(qū)和第六半導(dǎo)體區(qū)；一個電浮空的第一導(dǎo)電型的第七半導(dǎo)體區(qū)位于所述第三半導(dǎo)體區(qū)之上，并且與一個第二類溝槽的一個側(cè)壁毗連；所述電浮空的第七半導(dǎo)體區(qū)與第一類溝槽之間相隔至少一個第二類溝槽；一個層間介質(zhì)層位于所述發(fā)射極電極與柵電極之間，并將發(fā)射極與柵電極隔離；而所述偽柵電極可以與發(fā)射極電極相連。

此外，本發(fā)明亦提出了實現(xiàn)上述igbt器件結(jié)構(gòu)的兩種制造方法。

第一種制造方法為：首先，形成第二導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)；下一步，在所述第三半導(dǎo)體區(qū)上表面刻蝕溝槽，其中第一類與第二類溝槽的刻蝕同步進(jìn)行，且第一類溝槽的刻蝕開孔寬度大于第二類溝槽的刻蝕開孔寬度，從而利用溝槽刻蝕速率的負(fù)荷效應(yīng)，實現(xiàn)第一類溝槽深度大于第二類溝槽深度的特征；下一步，在第一類與第二類溝槽內(nèi)壁上形成柵介質(zhì)層；下一步，將第一類與第二類溝槽用導(dǎo)電材料填充，形成對應(yīng)的柵電極及偽柵電極；下一步，在第一類溝槽附近通過摻雜形成第一導(dǎo)電型的第四半導(dǎo)體區(qū)，第二類溝槽附近的第七半導(dǎo)體區(qū)可通過摻雜同步形成；下一步，在所述第四半導(dǎo)體區(qū)之上通過摻雜形成第二導(dǎo)電型的第五半導(dǎo)體區(qū)及第一導(dǎo)電型的第六半導(dǎo)體區(qū)，并在其上表面沉積一個層間介質(zhì)層；在層間介質(zhì)層中刻蝕接觸孔；隨后，在層間介質(zhì)層之上沉積金屬導(dǎo)電層作為發(fā)射極電極；下一步，對第三半導(dǎo)體區(qū)的背面進(jìn)行減??；在減薄后的第三半導(dǎo)體區(qū)的背面通過摻雜形成第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層及第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；最后，在器件背面進(jìn)行金屬化，形成集電極。需指出的是，根據(jù)所述的第一種制造方法，本發(fā)明的igbt器件還可具有另一結(jié)構(gòu)特征：第一類溝槽的寬度亦大于第二類溝槽的寬度，其中溝槽寬度指的是溝槽中部高度處的兩個側(cè)壁之間的水平距離。

第二種制造方法為：首先，形成第二導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)；下一步，在所述第三半導(dǎo)體區(qū)上表面刻蝕第一類溝槽；隨后，在所述第三半導(dǎo)體區(qū)上表面沉積一個介質(zhì)層，將第一類溝槽填充；下一步，在所述第三半導(dǎo)體區(qū)上表面刻蝕第二類溝槽，且第一類溝槽的深度小于第二類溝槽的深度；隨后，將第一類溝槽中的填充介質(zhì)去除；下一步，在第一和第二類溝槽的內(nèi)壁上形成柵介質(zhì)層；下一步，將第一和第二類溝槽用導(dǎo)電材料填充，形成對應(yīng)的柵電極及偽柵電極；下一步，在第一類溝槽附近通過摻雜形成第一導(dǎo)電型的第四半導(dǎo)體區(qū)，第二類溝槽附近的第七半導(dǎo)體區(qū)可通過摻雜同步形成；下一步，在所述第四半導(dǎo)體區(qū)之上通過摻雜形成第二導(dǎo)電型的第五半導(dǎo)體區(qū)及第一導(dǎo)電型的第六半導(dǎo)體區(qū)，并在其上表面沉積一個層間介質(zhì)層；在層間介質(zhì)層中刻蝕接觸孔；隨后，在層間介質(zhì)層之上沉積金屬導(dǎo)電層作為發(fā)射極電極；下一步，對第三半導(dǎo)體區(qū)的背面進(jìn)行減薄；在減薄后的第三半導(dǎo)體區(qū)的背面通過摻雜形成第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層及第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；最后，在器件背面進(jìn)行金屬化，形成集電極。需指出的是，在所述第二種制造方法中，第一與第二類溝槽的加工順序可以互換，即，亦可以先形成第二類溝槽，再形成第一類溝槽。

在本發(fā)明的igbt器件結(jié)構(gòu)中，由于第一類溝槽的深度大于第二類溝槽的深度，因而第二類溝槽下方的漂移區(qū)厚度大于第一類溝槽下方的漂移區(qū)厚度，因此，在反偏耐壓狀態(tài)下，第二類溝槽下方的區(qū)域的耐壓能力強(qiáng)于第一類溝槽下方的區(qū)域的耐壓能力。通過合適的調(diào)整第一類溝槽和第二類溝槽的深度，能夠在維持正常的擊穿電壓的基礎(chǔ)上，使雪崩擊穿于第一類溝槽的底部而非第二類溝槽的底部發(fā)生。在雪崩擊穿發(fā)生之后，碰撞電離所產(chǎn)生的空穴載流子可以直接被第一類溝槽附近的發(fā)射極電極收集，從而不影響被第二類溝槽所間隔的電浮空區(qū)域的電位，所以，即便在高雪崩電流條件下，本發(fā)明的igbt器件的擊穿電壓也不會被降低。此外，此結(jié)構(gòu)設(shè)計對igbt器件的其他性能參數(shù)如導(dǎo)通電壓，開關(guān)速度，負(fù)載短路能力等均無不良影響。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的igbt器件相對于現(xiàn)有技術(shù)igbt器件而言，可以實現(xiàn)更加穩(wěn)定的擊穿特性，大大提高器件的雪崩耐量，從而使器件在實際的高速高功率應(yīng)用中更加安全可靠。

附圖說明

圖1為一個現(xiàn)有技術(shù)的igbt器件100的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為另一個現(xiàn)有技術(shù)的igbt器件200的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)的igbt器件200的擊穿特性曲線及其與理想擊穿特性曲線的對比示意圖；

圖4為本發(fā)明的第一實施例的igbt器件300的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5-圖10為本發(fā)明的第一實施例的igbt器件300的第一種制造方法的主要工序示意圖；

圖11-圖16為本發(fā)明的第一實施例的igbt器件300的第二種制造方法的主要工序示意圖；

圖17為本發(fā)明的第二實施例的igbt器件400的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖18為本發(fā)明的第三實施例的igbt器件500的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖19為本發(fā)明的第四實施例的igbt器件600的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖20為本發(fā)明的第五實施例的igbt器件700的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖21為本發(fā)明的第六實施例的igbt器件800的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將對本發(fā)明的igbt器件及其制造方法的實施方式予以具體的舉例說明，需要指出的是，在以下對本發(fā)明的igbt器件及其制造方法的實施例的說明中，igbt器件的半導(dǎo)體襯底被認(rèn)為由硅（si）材料構(gòu)成，但是，該襯底亦可由其他任何適合igbt制造的材料構(gòu)成，如鍺（ge），碳化硅（sic）等。在以下說明中，igbt器件的電介質(zhì)材料可由氧化硅（siox）構(gòu)成，但其他電介質(zhì)材料亦可被采用，如氮化硅（sixny），氧化鋁（alxoy）,及氮氧化硅（sixnyoz）等。在以下說明中，半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)電類型被分為p型導(dǎo)電（第一導(dǎo)電型）與n型導(dǎo)電（第二導(dǎo)電型）。一個p型導(dǎo)電的半導(dǎo)體區(qū)可以通過向原始半導(dǎo)體區(qū)摻入一種或幾種雜質(zhì)構(gòu)成，這些雜質(zhì)可以是但并不局限于：硼（b），鋁（al），及鎵（ga）等。一個n型導(dǎo)電的半導(dǎo)體區(qū)亦可通過向原始半導(dǎo)體區(qū)摻入一種或幾種雜質(zhì)構(gòu)成，這些雜質(zhì)可以是但并不局限于：磷（p），砷（as），碲（sb），硒（se），及質(zhì)子（h+）等。在以下說明中，重度摻雜的p型導(dǎo)電的半導(dǎo)體區(qū)被標(biāo)記為p⁺區(qū)，重度摻雜的n型導(dǎo)電的半導(dǎo)體區(qū)被標(biāo)記為n⁺區(qū)，在硅材料襯底中，若無特別指出，一個重度摻雜的區(qū)域的雜質(zhì)濃度一般在1×10¹⁹cm^-3至1×10²¹cm^-3之間；在以下說明中，輕度摻雜的p型導(dǎo)電的半導(dǎo)體區(qū)被標(biāo)記為p^-區(qū)，輕度摻雜的n型導(dǎo)電的半導(dǎo)體區(qū)被標(biāo)記為n^-區(qū)，在硅材料襯底中，若無特別指出，一個輕度摻雜的區(qū)域的雜質(zhì)濃度一般在1×10¹²cm^-3至1×10¹⁵cm^-3之間。此外，以下實施例將采用n型溝道的igbt器件予以說明，但需要指出的是本發(fā)明同樣適用于p型溝道的igbt器件。

實施例1

圖4中所示為本發(fā)明的第一實施例的igbt器件300的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。器件300的結(jié)構(gòu)包括：一個集電極（122）（c極）位于器件底部，一個p型集電極層（106）（即第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層）位于所述集電極（122）之上；一個n型緩沖層（105）（即第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層）位于所述p型集電極層（106）之上；一個n^-型漂移區(qū)（101）（即第二導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)）位于所述n型緩沖層（105）之上；一個或多個局部被所述n^-型漂移區(qū)（101）的上表面所封閉的結(jié)構(gòu)特征不同的溝槽：所述的溝槽包括溝槽深度較深的柵槽（110）（即第一類溝槽）和溝槽深度較淺的偽槽（210）（即第二類溝槽），柵槽（110）和偽槽（210）的深度在圖4中分別被標(biāo)記為“a”與“b”，其中“a”大于“b”。此外，器件300的結(jié)構(gòu)還包括：一個柵電極（123）（g極）形成于所述第一類溝槽（110）之中，且所述柵電極（123）與相應(yīng)柵槽（110）的內(nèi)壁之間被一個柵介質(zhì)層（111）隔離；一個偽柵電極（124）形成于一個偽槽（210）中，且所述偽柵電極（124）與相應(yīng)偽槽（210）的內(nèi)壁之間被一個柵介質(zhì)層（111）隔離；一個p型體區(qū)（即第一導(dǎo)電型的第四半導(dǎo)體區(qū)）(102)位于所述n^-型漂移區(qū)（101）之上，并且與一個柵槽（110）的一個側(cè)壁毗連；一個n⁺發(fā)射極區(qū)（103）（即第二導(dǎo)電型的第五半導(dǎo)體區(qū)）位于所述p型體區(qū)（102）之上，并且與同一柵槽（110）的同一側(cè)壁毗連；一個p⁺接觸區(qū)（104）（即第一導(dǎo)電型的第六半導(dǎo)體區(qū)）位于所述p型體區(qū)（102）之上，并且與所述n⁺發(fā)射極區(qū)（103）毗連；一個發(fā)射極電極（121）（e極）位于器件頂部，并且連接所述n⁺發(fā)射極區(qū)（103）與p⁺接觸區(qū)（104）；一個介質(zhì)層（112）位于所述發(fā)射極電極（121）與柵電極（123）之間，并將發(fā)射極電極（121）與柵電極（123）隔離。此外，本發(fā)明的igbt器件結(jié)構(gòu)還可以包括：一個p型的電浮空區(qū)（202）（即第一導(dǎo)電型的第七半導(dǎo)體區(qū)）位于所述n^-型漂移區(qū)（101）之上，并且與一個偽槽（210）的一個側(cè)壁毗連；且所述偽柵電極（124）可與發(fā)射極電極（121）相連。此外，在圖4中，器件300的柵槽（110）與偽槽（210）的溝槽寬度被分別標(biāo)記為“x”與“y”，其中溝槽寬度指的是溝槽中部高度處的兩個側(cè)壁之間的水平距離。根據(jù)本發(fā)明提供的第一種器件制造方法，器件300還可具有另一結(jié)構(gòu)特征：一個柵槽（110）的寬度亦可大于一個偽槽（210）的寬度，即“x”>“y”。

現(xiàn)將igbt器件300的工作原理解釋如下：由于偽槽（210）的深度小于柵槽（110）的深度，在偽槽（210）下方的n^-漂移區(qū)（101）的厚度大于在柵槽（110）下方的n^-漂移區(qū)（101）的厚度。因此，在器件關(guān)斷耐壓狀態(tài)下，偽槽（210）下方的耗盡區(qū)的長度大于柵槽（110）下方的耗盡區(qū)長度，所以，偽槽（210）下方區(qū)域的耐壓能力強(qiáng)于柵槽（110）下方區(qū)域的耐壓能力。因此，雪崩擊穿將不會在偽槽（210）的底部發(fā)生，而會發(fā)生在柵槽（110）的底部。此外，偽槽（210）被設(shè)計仍維持著一定的深度，從而維持足夠的場板屏蔽作用，使得附近的柵槽（110）的底部電場仍可被有效的緩解，進(jìn)而確保器件300的擊穿電壓不被降低。在雪崩擊穿發(fā)生之后，空穴載流子將在柵槽（110）的底部角位由碰撞電離產(chǎn)生，并被相鄰的p型體區(qū)（102）所直接搜集。因此，極少數(shù)空穴載流子能夠流經(jīng)遠(yuǎn)處被偽柵槽（210）所間隔的p型電浮空區(qū)（202），所以，即便在高雪崩電流狀態(tài)下，p型電浮空區(qū)（202）的電位仍可保持相對恒定，從而實現(xiàn)如圖3中實線所示的穩(wěn)定的擊穿電壓特性。如前文中所述，這種穩(wěn)定的擊穿特性有利于提高器件的雪崩耐量。另一方面，與現(xiàn)有技術(shù)的igbt器件200相似，在正向?qū)顟B(tài)下，通過電浮空區(qū)（202）的空穴積累作用，器件300亦可維持較低的導(dǎo)通電壓von。此外，由于偽槽（210）的利用，使得器件300的柵槽（110）的分布密度較低，從而有利于降低柵寄生電容及飽和電流，實現(xiàn)較高的開關(guān)速度及負(fù)載短路能力。因此，相比于現(xiàn)有技術(shù)的igbt器件200而言，本發(fā)明的igbt器件300可以在維持其他各項優(yōu)異的器件性能（如導(dǎo)通壓降von，開關(guān)速度，負(fù)載短路能力等）的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)更高的雪崩耐量，從而使該器件在實際應(yīng)用中更加安全可靠。

根據(jù)所述igbt器件300的工作原理，其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)被設(shè)計如下,需指出的是，igbt器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)與其額定電壓有關(guān)。以下以一600v級別的igbt為例，提供相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。在此例中，igbt器件300的n^-漂移區(qū)（101）的厚度可以為40至80微米，摻雜濃度可以為5e¹³至5e¹⁴cm^-3。背部p型集電極層（106）的厚度可以為0.2至1微米，峰值摻雜濃度可以為5e¹⁶至1e¹⁸cm^-3。n型緩沖層（105）厚度可以為1至30微米，峰值摻雜濃度可以為1e¹⁵至5e¹⁶cm^-3。p型體區(qū)（102）的厚度可以為1至4微米，峰值摻雜濃度可以為5e¹⁶至5e¹⁷cm^-3。電浮空p區(qū)（202）的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以與p型體區(qū)（102）相似。n⁺型發(fā)射極區(qū)（103）的結(jié)深可以為0.1至0.5微米。p⁺型接觸區(qū)(104)的結(jié)深可以為0.3至1.5微米。柵介質(zhì)層（111）的厚度可以為0.05至0.2微米。層間介質(zhì)層（112）的厚度可以為0.3至2微米。另外，相鄰溝槽之間的水平間距（下文中稱為“臺面寬度”）可以為0.3至3微米。柵槽（110）的溝槽深度“a”可以為3至7微米，溝槽寬度“x”可以為0.3至2微米。柵槽（110）的溝槽深度“a”應(yīng)大于相鄰的p型體區(qū)（102）的厚度，以能夠在溝槽的一個側(cè)壁形成mos溝道。偽槽（210）的溝槽深度“b”可以為2.5至6.5微米，溝槽寬度“y”可以為0.3至2微米。且在igbt器件300中，柵槽（110）的溝槽深度大于偽槽（210）的溝槽深度，即“a”>“b”。

此外，本發(fā)明亦提供實現(xiàn)所述igbt器件300的兩種制造方法。

其中第一種制造方法說明如下。首先，如圖5所示，形成一個n^-型半導(dǎo)體區(qū)（101）。接著，如圖6所示，在所述n^-型半導(dǎo)體區(qū)（101）的上表面刻蝕溝槽。所述溝槽刻蝕通過一個掩模版（113）實現(xiàn)圖案化，且刻蝕過程宜為各向異性。所述掩模版（113）可以由氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，光刻膠等材料構(gòu)成。柵槽（110）和偽槽（210）在此刻蝕工藝步驟之后同步形成，其溝槽寬度分別為“x”和“y”，且“x”>“y”，即柵槽（110）的寬度大于偽槽（210）的寬度。由于溝槽刻蝕過程中的“負(fù)荷效應(yīng)”，一個較寬的溝槽刻蝕開孔將導(dǎo)致一個較快的溝槽刻蝕速度，從而實現(xiàn)一個較大的溝槽深度，因此，柵槽（110）的溝槽深度將大于偽槽（210）的溝槽深度，即“a”>“b”。下一步，在柵槽（110）及偽槽（210）的溝槽內(nèi)壁上形成柵介質(zhì)層（111），如圖7所示。所述柵介質(zhì)層（111）可以由氧化硅材料構(gòu)成。隨后，這些溝槽被一層導(dǎo)電材料（116）填充，所述導(dǎo)電材料（116）可以由重度摻雜的多晶體硅構(gòu)成。下一步，在柵槽（110）及偽槽（210）的附近分別形成p型體區(qū)（102）及電浮空p區(qū)（202），如圖8所示。下一步，在p型體區(qū)（102）附近形成n⁺型發(fā)射極區(qū)（103）及p⁺型接觸區(qū)104。隨后，沉積一個層間介質(zhì)層（112）到n^-型半導(dǎo)體區(qū)（101）的上表面。所述層間介質(zhì)層（112）可以由氧化硅材料構(gòu)成。下一步，在所述層間介質(zhì)層（112）中進(jìn)行接觸孔刻蝕，繼而實施上表面金屬化，形成發(fā)射極電極（121），如圖9所示。下一步，從n^-型半導(dǎo)體區(qū)（101）下表面開始將其適度減薄，以達(dá)到由器件耐壓值所決定的目標(biāo)厚度。隨后，在減薄后的n^-型半導(dǎo)體區(qū)（101）底部通過離子注入及激活工藝形成n型緩沖層（105）及p型集電極層（106）。最后，在器件底部進(jìn)行金屬化，形成集電極，如圖10所示。至此，igbt器件300的第一種制造流程完成。需要指出的是，根據(jù)上述第一種制造方法，相比于現(xiàn)有技術(shù)igbt器件200的制造流程而言，igbt器件300的制造流程并不需要增加額外的掩模版。igbt器件300亦可通過下述第二種制造方法實現(xiàn)。

首先，如圖11所示，形成一個n^-型半導(dǎo)體區(qū)（101）。接著，如圖12所示，在所述n^-型半導(dǎo)體區(qū)（101）的上表面刻蝕柵槽（110），該柵槽（110）刻蝕通過第一掩模版層（114）實現(xiàn)圖案化，且刻蝕過程宜為各向異性，所述掩模版層（114）可以由氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，光刻膠等材料構(gòu)成。隨后，在n^-型半導(dǎo)體區(qū)（101）的上表面沉積第二掩模版層（115），并將柵槽（110）填充，如圖13所示。所述第二掩模版層（115）可以由氧化硅材料構(gòu)成。接著，在所述n^-型半導(dǎo)體區(qū)（101）的上表面刻蝕偽槽（210），如圖14所示。該溝槽刻蝕通過第二掩模版層(115)實現(xiàn)圖案化，且刻蝕過程宜為各向異性。此外，刻蝕形成的偽槽（210）的溝槽深度小于柵槽（110）的溝槽深度。但是，偽槽（210）的溝槽寬度可以等于、大于、或者小于柵槽（110）的溝槽寬度。下一步，將第二掩模版層115去除，如圖15所示。隨后的工藝步驟與圖7至圖10中所示相同，因此相應(yīng)的說明在此不再贅述。需要指出的是，在所述第二種制造方法中，柵槽（110）與偽槽（210）的加工順序可以互換，即，亦可以先形成偽槽（210），再形成柵槽（110）。

實施例2

圖17中所示為本發(fā)明的第二實施例的igbt器件400的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。需指出的是，在圖17所示結(jié)構(gòu)中，與上述圖4中所示結(jié)構(gòu)相同或相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)被賦予與之相同的符號，而這些符號的說明在此有可能不再復(fù)述。與第一實施例中所述器件300相似，器件400的一個特點是具有一系列結(jié)構(gòu)特征不同的溝槽，包括深度較深的柵槽（110）及深度較淺的偽槽（210），以提高器件的雪崩耐量及可靠性。但是，器件400還具有另一特點，即相鄰柵槽（110）之間的橫向間距（未在圖17中顯示），及柵槽（110）與相鄰偽槽（210）之間的橫向間距（圖17中標(biāo)記為“m”）均大于相鄰偽槽（210）之間的橫向間距（圖17中標(biāo)記為“n”）。其中兩個溝槽之間的橫向間距指的是兩個溝槽相鄰側(cè)壁之間的水平距離。在器件關(guān)斷耐壓狀態(tài)下，由于相鄰偽槽（210）之間的橫向間距變小，相鄰偽柵極電極（124）之間的場板屏蔽效應(yīng)被加強(qiáng)，從而降低偽槽（210）底部附近的電場強(qiáng)度，進(jìn)一步提高該區(qū)域的耐壓能力，因而有利于進(jìn)一步提高器件的擊穿電壓。

實施例3

圖18中所示為本發(fā)明的第三實施例的igbt器件500的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。需指出的是，在圖18所示結(jié)構(gòu)中，與上述圖4至圖17中所示結(jié)構(gòu)相同或相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)被賦予與之相同的符號，而這些符號的說明在此有可能不再復(fù)述。與第一實施例中所述器件300相似，器件500的一個特點是具有一系列結(jié)構(gòu)特征不同的溝槽，包括深度較深的柵槽（110）及深度較淺的偽槽（210），以提高器件的雪崩耐量及可靠性。但是，器件500還具有另一特點，即相鄰的偽槽（210）之間并未設(shè)置電浮空p區(qū)（202）。由于電浮空p區(qū)（202）在器件關(guān)斷狀態(tài)下并不能有效的支撐電壓，移除該區(qū)域并不會對器件的耐壓能力造成不良影響。因此，器件500將能夠?qū)崿F(xiàn)與器件300相似的擊穿電壓。此外，與上述第二實施例中的器件400相似，器件500亦可以通過減小相鄰偽槽（210）之間的橫向間距“n”以進(jìn)一步提高其擊穿電壓。

實施例4

圖19中所示為本發(fā)明的第四實施例的igbt器件600的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。需指出的是，在圖19所示結(jié)構(gòu)中，與上述圖4至圖18中所示結(jié)構(gòu)相同或相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)被賦予與之相同的符號，而這些符號的說明在此有可能不再復(fù)述。與第一實施例中所述器件300相似，器件600的一個特點是具有一系列結(jié)構(gòu)特征不同的溝槽，包括深度較深的柵槽（110）及深度較淺的偽槽（210），以提高器件的雪崩耐量及可靠性。但是，器件600還具有另一特點，即相鄰偽槽（210）之間的電浮空p區(qū)302的結(jié)深大于柵槽（110）附近的p型體區(qū)（102）的結(jié)深。在器件關(guān)斷耐壓狀態(tài)下，一個較深的電浮空p區(qū)302有助于降低偽槽（210）底部附近的電場強(qiáng)度，從而幫助提高器件的擊穿電壓。

實施例5

圖20中所示為本發(fā)明的第五實施例的igbt器件700的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。需指出的是，在圖20所示結(jié)構(gòu)中，與上述圖4至圖19中所示結(jié)構(gòu)相同或相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)被賦予與之相同的符號，而這些符號的說明在此有可能不再復(fù)述。與第一實施例中所述器件300相似，器件700的一個特點是具有一系列結(jié)構(gòu)特征不同的溝槽，包括深度較深的柵槽（110）及深度較淺的偽槽（210），以提高器件的雪崩耐量及可靠性。但是，器件700還具有另一特點，即一個n型埋層（203）被形成于n^-型漂移區(qū)（101）與p型體區(qū)（102）之間。該埋層（203）的峰值摻雜濃度可以在5e¹⁵至5e¹⁷cm^-3。在器件的正向?qū)顟B(tài)下，n型埋層（203）對空穴載流子表現(xiàn)為一個勢壘。因此，更多的空穴載流子可以在n^-型漂移區(qū)（101）的上表面積累，而不必向p型體區(qū)（102）漂移。因此，n^-型漂移區(qū)（101）的電阻被降低，從而有利于降低器件700的正向?qū)▔航祐on。另一方面，在器件關(guān)斷狀態(tài)下，n型埋層（203）可以在附近的柵電極123及偽柵電極（124）的場板屏蔽效應(yīng)下被完全耗盡，從而使器件700的擊穿電壓不受影響。

實施例6

圖21中所示為本發(fā)明的第六實施例的igbt器件800的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。需指出的是，在圖21所示結(jié)構(gòu)中，與上述圖4至圖20中所示結(jié)構(gòu)相同或相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)被賦予與之相同的符號，而這些符號的說明在此有可能不再復(fù)述。與第一實施例中所述器件300相似，器件800的一個特點是具有一系列結(jié)構(gòu)特征不同的溝槽，包括深度較深的柵槽（110）及深度較淺的偽槽（210），以提高器件的雪崩耐量及可靠性。但是，器件800還具有另一特點，即一個p型埋層（402）被形成于偽槽（210）的底部。此p型埋層（402）可以被設(shè)置為電浮空狀態(tài)。在器件關(guān)斷耐壓狀態(tài)下，p型埋層（402）能夠幫助降低偽槽（210）底部的電場強(qiáng)度，從而有利于增強(qiáng)偽槽（210）下方的漂移區(qū)的耐壓能力，提高器件800的擊穿電壓。此外，在此設(shè)計的基礎(chǔ)上，柵槽（110）的底部亦可設(shè)有p型埋層（402），以進(jìn)一步提高器件800的擊穿電壓。