[發(fā)明專利]電荷補(bǔ)償半導(dǎo)體器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310280646.5
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103531614A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F.希爾勒;H.維伯
• 申請（專利權(quán)）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L29/40;H01L21/336
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;劉春元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例涉及具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件和相關(guān)的用于制作半導(dǎo)體器件的方法，尤其涉及具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體晶體管。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體晶體管，尤其是諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）或絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的場效應(yīng)控制開關(guān)器件已經(jīng)被用于各種應(yīng)用中，這些應(yīng)用包括但不限于在電源和功率變換器、電動(dòng)汽車、空調(diào)和甚至立體聲系統(tǒng)中用作開關(guān)。尤其就能夠開關(guān)大電流和/或在高電壓下操作的功率設(shè)備而言，經(jīng)常期望低導(dǎo)通狀態(tài)電阻R_on和高擊穿電壓U_bd。

為此目的，開發(fā)了電荷補(bǔ)償半導(dǎo)體器件。補(bǔ)償原理是基于在MOSFET的漂移區(qū)中的n摻雜區(qū)和p摻雜區(qū)中的電荷的相互補(bǔ)償。

通常，對于垂直電荷補(bǔ)償型MOSFET，由p型區(qū)和n型區(qū)形成的電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)被設(shè)置為位于具有源極區(qū)、主體區(qū)和柵極區(qū)的實(shí)際MOSFET結(jié)構(gòu)的下方，并且也位于相關(guān)的MOS溝道的下方，該MOS溝道以這樣的方式在半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體體積中被設(shè)置成相互鄰接或者相互交錯(cuò)，使得它們的電荷在關(guān)斷狀態(tài)下相互耗盡，并在激活狀態(tài)或?qū)顟B(tài)下產(chǎn)生從表面附近的源極到設(shè)置在背面上的漏極的不中斷的低阻抗傳導(dǎo)路徑。

借助p型摻雜和n型摻雜的補(bǔ)償，在補(bǔ)償組件的情況下，能夠顯著增加載流區(qū)的摻雜，盡管載流面積損失，但這導(dǎo)致導(dǎo)通狀態(tài)電阻R_on的顯著減少。這種半導(dǎo)體功率器件的導(dǎo)通狀態(tài)電阻R_on的減少是與熱損耗的減少相關(guān)的，使得這種具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件與常規(guī)的半導(dǎo)體功率器件相比仍然是“涼快”的。

同時(shí)，半導(dǎo)體器件的開關(guān)損耗變得更加重要。依賴于器件的操作，輸出電荷Q_OSS和電能E_OSS分別主要確定開關(guān)損耗，其中輸出電荷Q_OSS和電能E_OSS分別存儲(chǔ)于在關(guān)斷狀態(tài)中和在反向偏置期間形成的空間電荷區(qū)內(nèi)。具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的儲(chǔ)存電荷Q_OSS可能是比較高的。這可能導(dǎo)致顯著的開關(guān)損耗E_OSS。除了使能反向阻斷，輸出電荷Q_OSS（在具體的阻斷電壓下）必須被完全地移除，這導(dǎo)致開關(guān)延遲。

此外，為了實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通狀態(tài)電阻R_on和高阻斷電壓兩者，期望的是很好地平衡電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的p型區(qū)和n型區(qū)的摻雜。這通常對制造提出高要求，并且可能限制器件的縮減。例如，為形成電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)可使用這幾個(gè)工藝：外延生長和掩蔽注入，后面是熱驅(qū)入。在熱驅(qū)入期間，被注入的結(jié)構(gòu)也在橫向方向上生長。這限制了電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的p型區(qū)和n型區(qū)之間的間距。

因此，需要減少具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的開關(guān)損耗和開關(guān)延遲并且改進(jìn)這些器件的制造。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)半導(dǎo)體器件的實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體主體和設(shè)置在半導(dǎo)體主體上的源極金屬化部。在截面中，半導(dǎo)體主體包括：第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)、鄰接漂移區(qū)的第二導(dǎo)電類型的第一主體區(qū)、第二導(dǎo)電類型的第一補(bǔ)償區(qū)和第一電荷陷阱，其中第一補(bǔ)償區(qū)鄰接第一主體區(qū)，具有比第一主體區(qū)更低的最大摻雜濃度并且與漂移區(qū)形成第一pn結(jié)。第一電荷陷阱鄰接第一補(bǔ)償區(qū)并且包括場板和絕緣區(qū)，該絕緣區(qū)鄰接漂移區(qū)并部分地包圍場板。源極金屬化部設(shè)置為與第一主體區(qū)電阻電連接。

根據(jù)半導(dǎo)體器件的實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體主體和源極金屬化部。半導(dǎo)體主體具有第一表面并且包括第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)、第二導(dǎo)電類型的多個(gè)補(bǔ)償區(qū)和多個(gè)電荷陷阱，其中每個(gè)補(bǔ)償區(qū)與漂移區(qū)形成pn結(jié)并且鄰接第二導(dǎo)電類型的具有比鄰接的補(bǔ)償區(qū)更高的最大摻雜濃度的相應(yīng)主體區(qū)，每個(gè)電荷陷阱包括場板和部分地包圍場板的絕緣區(qū)。多個(gè)電荷陷阱的每個(gè)場板鄰接多個(gè)補(bǔ)償區(qū)中的至少一個(gè)。源極金屬化部設(shè)置在第一表面上并且與每個(gè)補(bǔ)償區(qū)電阻電連接。

根據(jù)用于制作半導(dǎo)體器件的方法的實(shí)施例，該方法包括：提供具有帶有法線方向的主表面并且包含延伸到主表面的第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體主體；在半導(dǎo)體主體中形成多個(gè)電荷陷阱結(jié)構(gòu)，每個(gè)電荷陷阱結(jié)構(gòu)包括在基本上垂直于主表面的水平截面中被絕緣區(qū)部分地包圍的場板；形成第二導(dǎo)電類型的多個(gè)補(bǔ)償區(qū)以便每個(gè)補(bǔ)償區(qū)在半導(dǎo)體主體中形成相應(yīng)的pn結(jié)并且每個(gè)補(bǔ)償區(qū)在該截面中鄰接至少一個(gè)電荷陷阱結(jié)構(gòu)；和形成與多個(gè)補(bǔ)償區(qū)的每個(gè)都電阻電連接的源極金屬化部。

本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀下面詳細(xì)的描述和通過查看附圖將認(rèn)識到額外的特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明