[發明專利]在溝槽中包括電介質結構的半導體器件

有效

• 申請號: 201310313096.2
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103579309A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: H-P.費爾斯爾;F.希爾勒;F.J.尼德諾施泰德;H-J.舒爾策
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/739;H01L29/772;H01L29/78
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬永利;盧江

技術領域

本公開涉及半導體領域，尤其涉及半導體器件。

背景技術

在各種半導體應用（包括但不限于電源和功率變換器中的開關）中存在場效應控制功率開關結構，例如絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）或場效應晶體管（FET）。

場效應控制功率開關結構的一個實例是在溝槽中包括柵電極的垂直結構。該垂直結構允許半導體管芯的第一側與第二側之間的電流流動。在溝槽的底部處或周圍，高電場可能導致擊穿電壓的降低或者甚至半導體器件的損壞。作為一個實例，在半導體器件的擊穿模式中發生的雪崩可能導致由于熱載流子生成而引起的半導體器件的電壓阻斷能力的不穩定行為。這可能甚至導致電擊穿區的移位。在IGBT的情況下，動態雪崩可能導致在器件斷開期間不期望的振蕩。因此，可以不利地影響半導體器件的可靠性。

所期望的是改進半導體器件的可靠性。

發明內容

根據半導體器件的一個實施例，所述半導體器件包括從第一表面延伸到半導體本體的漂移區中的溝槽。所述半導體器件還包括溝槽中的柵電極。所述半導體器件還包括鄰接溝槽的側壁的本體區。所述半導體器件還包括溝槽中的電介質結構。所述電介質結構包括在溝槽的較低部分（lower?part）中的高k電介質。所述高k電介質包括比SiO₂的介電常數高的介電常數。所述高k電介質在垂直于第一表面的垂直方向上的延伸被限制在溝槽的底側和其中本體區的底側鄰接溝槽的側壁的水平之間。

根據半導體器件的另一實施例，所述半導體器件包括從第一表面延伸到半導體本體的漂移區中的溝槽。所述半導體器件還包括溝槽中的柵電極。所述半導體器件還包括鄰接溝槽的側壁的本體區。所述半導體器件還包括溝槽中的電介質結構。所述電介質結構包括在溝槽的較低部分中的帶電的電介質。所述帶電的電介質的表面電荷的范圍在10¹¹cm^-2和10¹³cm^-2之間。所述帶電的電介質在垂直于第一表面的垂直方向上的延伸被限制在溝槽的底側和其中本體區的底側鄰接溝槽的側壁的水平之間。

一閱讀下列詳細描述并且一查看附圖，本領域技術人員將認識到附加的特征和優點。

附圖說明

附圖被包括以提供對本發明的進一步理解，以及附圖被結合在本說明書中并且構成本說明書的一部分。附圖示出本發明的實施例，并且與描述一起用來解釋本發明的原理。本發明的其他實施例以及本發明的許多預期優點將容易被認識到，因為通過參考下列詳細描述，它們變得更好理解。附圖的元件相對于彼此不一定是按比例的。類似的附圖標記表示對應的類似部分。各種示出的實施例的特征可以進行組合，除非它們彼此排斥。

在附圖中描繪了實施例并且在后面的描述中詳述所述實施例。

圖1A到1C是在溝槽的較低部分中包括高k電介質的半導體器件的一個實施例的不同晶體管單元設計的示意性剖視圖。

圖2示出圖1A中所示的半導體器件的溝槽的較低部分中的電介質結構的另一實施例的剖視圖，其中所述電介質結構包括帶電的電介質。

圖3是圖1A中所示的半導體器件的溝槽的較低部分中的電介質結構的另一實施例的剖視圖，其中所述電介質結構包括帶電的電介質上的高k電介質。

圖4是圖1A中所示的半導體器件的溝槽的較低部分中的電介質結構的另一實施例的剖視圖，其中所述電介質結構包括高k電介質上的帶電的電介質。

圖5是圖1A中所示的半導體器件的溝槽的較低部分中的電介質結構的另一實施例的剖視圖，其中所述電介質結構包括形成溝槽的較低部分的相對側壁和底側的襯里（line）的高k電介質。

圖6是圖1A中所示的半導體器件的溝槽的較低部分中的電介質結構的另一實施例的剖視圖，其中所述電介質結構部分地填充在溝槽的底側處溝槽的較低部分。

圖7示意性地示出當斷開參考器件以及類似于圖1A的在溝槽的較低部分中包括高k電介質的半導體器件時器件參數的比較。

圖8示出當斷開參考器件以及類似于圖2的在溝槽的較低部分中包括帶電的電介質的半導體器件時器件參數的比較。

具體實施方式