絕緣柵雙極晶體管器件、半導(dǎo)體器件和用于形成所述器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]實(shí)施例涉及用于減小半導(dǎo)體器件的通態(tài)電阻的措施，并且特別涉及絕緣柵雙極晶體管器件、半導(dǎo)體器件和用于形成絕緣柵雙極晶體管器件或半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件內(nèi)的功率損耗主要由半導(dǎo)體器件的通態(tài)電阻引起。例如，通態(tài)電阻或絕緣柵雙極晶體管的集電極與發(fā)射極之間的電壓降的少量降低可以顯著地降低器件的功率損耗。功率損耗的降低可以降低器件的發(fā)熱并且可以增加半導(dǎo)體器件的耐久性或壽命周期。進(jìn)一步地，可以降低歸因于閂鎖的損壞的風(fēng)險(xiǎn)。期望提供一種具有例如增加的耐久性或壽命周期和/或減小的功率損耗的半導(dǎo)體器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]需要提供一種具有增加的耐久性或壽命周期和/或減小的功率損耗的半導(dǎo)體器件。
[0004]這樣的需要可以通過權(quán)利要求的主題來滿足。
[0005]—些實(shí)施例涉及包括了半導(dǎo)體襯底、第一納米線結(jié)構(gòu)和第一柵極結(jié)構(gòu)的絕緣柵雙極晶體管器件。半導(dǎo)體襯底包括絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)域并且絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的第一納米線結(jié)構(gòu)被連接至漂移區(qū)域。進(jìn)一步地，絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的第一柵極結(jié)構(gòu)沿著第一納米線結(jié)構(gòu)的至少一部分延伸。
[0006]—些實(shí)施例涉及包括了場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底、第一納米線結(jié)構(gòu)、第一柵極結(jié)構(gòu)、第二納米線結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一納米線結(jié)構(gòu)被連接至半導(dǎo)體襯底并且場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第一柵極結(jié)構(gòu)沿著第一納米線結(jié)構(gòu)的至少一部分延伸。進(jìn)一步地，場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第二納米線結(jié)構(gòu)被連接至半導(dǎo)體襯底并且場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的第二柵極結(jié)構(gòu)沿著第二納米線結(jié)構(gòu)的至少一部分延伸。半導(dǎo)體襯底的被連接至第一納米線結(jié)構(gòu)的至少一部分包括第一導(dǎo)電類型并且第一納米線結(jié)構(gòu)的至少一部分包括第一導(dǎo)電類型。進(jìn)一步地，半導(dǎo)體襯底的被連接至第二納米線結(jié)構(gòu)的至少一部分包括第一導(dǎo)電類型并且第二納米線結(jié)構(gòu)的至少一部分包括第二導(dǎo)電類型。
[0007]另外的實(shí)施例涉及用于形成絕緣柵雙極晶體管器件的方法。方法包括形成絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的被連接至半導(dǎo)體襯底的漂移區(qū)域的第一納米線結(jié)構(gòu)和形成絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的包圍第一納米線結(jié)構(gòu)的至少一部分的第一柵極結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0008]將在下面只借助于示例并參照附圖來描述設(shè)備和/或方法的一些實(shí)施例，其中:
[0009]圖1示出絕緣柵雙極晶體管器件的示意性截面；
[0010]圖2示出絕緣柵雙極晶體管器件的另一示意性截面；
[0011]圖3示出兩個(gè)納米線結(jié)構(gòu)的示意性三維圖解；
[0012]圖4示出被兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)包圍的兩個(gè)納米線結(jié)構(gòu)的示意性三維圖解；
[0013]圖5示出指出了通過絕緣柵雙極晶體管器件的漂移區(qū)域的電壓降、電子密度和空穴密度的圖；
[0014]圖6示出指出了在絕緣柵雙極晶體管器件的切斷期間柵極電壓、集電極電壓和集電極電流隨時(shí)間變化的圖；
[0015]圖7a示出具有水平納米線結(jié)構(gòu)的絕緣柵雙極晶體管器件的示意性頂視圖；
[0016]圖7b示出沿著圖7a中示出的器件的柵極指截取的示意性截面；
[0017]圖7c示出沿著圖7a中示出的器件的η線的示意性截面；
[0018]圖8示出半導(dǎo)體器件的示意性截面；以及
[0019]圖9示出用于形成絕緣柵雙極晶體管器件的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]現(xiàn)在將參照圖示出一些示例實(shí)施例的附圖更加詳細(xì)地描述各種示例實(shí)施例。圖中，線、層和/或區(qū)的厚度可能為了清楚而被夸大。
[0021]因此，雖然示例實(shí)施例能夠有各種修改和備選形式，但圖中借助于示例示出了其實(shí)施例并且將在本文中對其進(jìn)行詳細(xì)描述。然而應(yīng)該理解的是，沒有意在將示例實(shí)施例限制為所公開的具體形式，而是與此相反，示例實(shí)施例意在涵蓋落入公開的范圍內(nèi)的所有修改、等同替換和備選方案。相同的附圖標(biāo)記遍及附圖的描述指代相同或相似的元件。
[0022]應(yīng)該理解的是，當(dāng)元件被稱為被“連接”或“耦合”至另一元件時(shí)，可以直接連接或耦合至另一元件或者可以存在中間元件。相比之下，當(dāng)元件被稱為被“直接連接”或“直接耦合”至另一元件時(shí)，不存在有中間元件。用于描述元件之間的關(guān)系的其他用詞應(yīng)該以相同方式解釋(例如，“之間”對“直接之間”，“鄰近”對“直接鄰近”，等等)。
[0023]這里使用的術(shù)語只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并且不意在作為示例實(shí)施例的限制。如本文所使用的，單數(shù)形式“一” “一個(gè)”和“該”意在也包括復(fù)數(shù)形式，除非在上下文中以其他方式清楚地指出。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語“包含”、“包含了”、“包括”和/或“包括了”指定所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、操作部件和/或其組的存在或附加。
[0024]除非另有限定，否則本文使用的所有術(shù)語(包括了技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)都具有與示例實(shí)施例所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的相同的含義。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，術(shù)語，例如常用字典中所限定的那些，應(yīng)該被解釋為具有與它們在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的上下文中的含義一致的含義，并且將不會(huì)以理想化或過于正式的意義來解釋，除非本文明確地如此限定。
[0025]圖1示出根據(jù)實(shí)施例的絕緣柵雙極晶體管器件100或絕緣柵雙極晶體管器件的一部分的示意性截面。絕緣柵雙極晶體管器件100包括半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)域112。進(jìn)一步地，絕緣柵雙極晶體管器件100包括(第一)納米線結(jié)構(gòu)120和(第一)柵極結(jié)構(gòu)130。絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的(第一)納米線結(jié)構(gòu)120被連接至漂移區(qū)域112。進(jìn)一步地，絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的(第一)柵極結(jié)構(gòu)130沿著(第一)納米線結(jié)構(gòu)120的至少一部分延伸。
[0026]歸因于具有對應(yīng)的柵極結(jié)構(gòu)的納米線結(jié)構(gòu)的實(shí)施，絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)可以由控制通過納米線的基本上單極電流的柵極結(jié)構(gòu)來控制。例如，對于η溝道絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)來說，在絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的通態(tài)時(shí)，基本上只有電子能夠通過納米線結(jié)構(gòu)。歸因于通過納米線結(jié)構(gòu)基本上單極電流流動(dòng)，可以顯著地降低絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的通態(tài)電阻。進(jìn)一步地，可以顯著地降低不期望的閂鎖的發(fā)生。以該方式，可以降低功率損耗和/或可以增加絕緣柵雙極晶體管器件的耐久性或壽命周期。
[0027]絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)域112是絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的將絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的發(fā)射極部分和集電極部分分開的部分。例如，絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的發(fā)射極部分可以由第一納米線結(jié)構(gòu)120和第一柵極結(jié)構(gòu)130來實(shí)現(xiàn)。此外，半導(dǎo)體襯底可以包括集電極區(qū)域114(例如，位于半導(dǎo)體襯底的背面處)，該集電極區(qū)域114包括不同于漂移區(qū)域112的導(dǎo)電類型(例如，P或η)的導(dǎo)電類型(例如，η或ρ)。
[0028]例如，漂移區(qū)域112可以是半導(dǎo)體襯底的位于半導(dǎo)體襯底的正面處的區(qū)域(例如，包括了用于η溝道IGBT的η摻雜)并且集電極區(qū)域可以由位于半導(dǎo)體襯底的背面處的層(例如，包括了用于η溝道IGBT的ρ摻雜)來實(shí)現(xiàn)。
[0029]半導(dǎo)體襯底的主表面或正面表面可以是半導(dǎo)體襯底的朝向半導(dǎo)體表面頂上的金屬層、絕緣層和/或鈍化層的半導(dǎo)體表面。與半導(dǎo)體襯底的基本垂直的邊緣(例如，由于將半導(dǎo)體襯底與其他分開而產(chǎn)生)相比，半導(dǎo)體襯底的主表面可以是橫向延伸的基本水平的表面。半導(dǎo)體襯底的主表面可以是基本平坦的平面(例如，忽略歸因于制造工藝或溝槽的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的不均勻性)。換言之，半導(dǎo)體襯底的主表面可以是半導(dǎo)體材料與半導(dǎo)體襯底頂上的絕緣層、金屬層或鈍化層之間的界面。
[0030]可選地，場停止區(qū)域(a field-stop reg1n)可以布置在漂移區(qū)域112與集電極區(qū)域114之間。場停止區(qū)域可以包括比漂移區(qū)域112(例如，η-)高的摻雜濃度(例如，η+)。
[0031]第一納米線結(jié)構(gòu)120可以是包括至少在一個(gè)方向上低于I μπι的尺寸的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。第一納米線結(jié)構(gòu)120可以從半導(dǎo)體襯底的漂移區(qū)域112延伸至絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的金屬接觸或金屬層(例如，發(fā)射極金屬結(jié)構(gòu))。換言之，第一納米線結(jié)構(gòu)可以從半導(dǎo)體襯底的主表面朝向金屬層或金屬接觸垂直延伸。在絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的通態(tài)時(shí)，電流(例如，發(fā)射極電流)可以例如從金屬接觸流至漂移區(qū)域112，反之亦然。第一納米線結(jié)構(gòu)120可以包括大體圓形形狀、三角形形狀、正方形形狀或矩形形狀的截面(例如，正交于通過納米線結(jié)構(gòu)的電流流動(dòng)方向的截面)。如果第一納米線結(jié)構(gòu)120可以包括具有在一個(gè)方向上比在另一正交方向(例如，其可以是低于I μπι的方向)上顯著大(例如，大10倍以上、大50倍以上或者大100倍以上)的延伸的大體矩形截面，則鰭型納米線結(jié)構(gòu)也可以是可能的。
[0032]例如，第一納米線結(jié)構(gòu)120可以包括小于200nm(或者小于lOOnm、小于50nm或小于20nm，例如，15nm、30nm、20nm或1nm)的在第一柵極結(jié)構(gòu)130的區(qū)域內(nèi)(例如，柵極結(jié)構(gòu)沿著其延伸的、納米線結(jié)構(gòu)的一部分)的最小尺寸(例如，大體圓形形狀結(jié)構(gòu)的直徑或矩形形狀結(jié)構(gòu)的較小尺寸)。進(jìn)一步地，第一納米線結(jié)構(gòu)120可以包括在30nm與50 μπι之間(或者在30nm與5 μ m之間或50nm與I μ m之間或10nm與500nm之間，例如，15nm、lOOnm、200nm、500nm或I μπι)的在第一柵極結(jié)構(gòu)130的區(qū)域內(nèi)(例如，柵極結(jié)構(gòu)沿著其延伸的、納米線結(jié)構(gòu)的一部分)的長度(例如，平行于通過納米線結(jié)構(gòu)的電流流動(dòng)方向)。第一納米線結(jié)構(gòu)120可以例如通過在自下而上途徑中的外延生長(例如，氣-液-固技術(shù))或者通過光刻和刻蝕來形成。
[0033]第一納米線結(jié)構(gòu)120可以直接從半導(dǎo)體襯底的漂移區(qū)域112開始(例如，對于正交于半導(dǎo)體襯底的主表面延伸的垂直納米線結(jié)構(gòu))，或者可以被電連接至漂移區(qū)域112 (例如，對于如圖7a至圖7c所示的