[發明專利]具有場電極的晶體管器件

有效

• 申請號: 201310556439.8
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103681867A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: F·希爾勒;A·毛德
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/08;H01L29/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬紅梅;馬永利

技術領域

本發明實施例涉及一種晶體管器件，尤其是一種具有場電極的晶體管器件。

背景技術

功率晶體管器件(諸如功率MOS晶體管)包括漂移區以及處于漂移區和體區之間的p-n結。漂移區的摻雜濃度低于體區的摻雜濃度，從而在器件阻斷時，即在p-n結反向偏置時，耗盡區(空間電荷區)主要在漂移區中擴張。

器件的電流流動方向上漂移區的長度以及漂移區的摻雜濃度主要限定半導體器件的電壓阻斷能力。在單極器件(諸如功率MOSFET)中，漂移區的摻雜濃度還限定了器件的接通電阻。接通電阻是半導體器件處于接通狀態時的電阻。

當p-n結反向偏置時，在p-n結兩側上電離摻雜劑原子，導致與電場相關聯的空間電荷區。電場的場強的量值的積分與反向偏置p-n結的電壓相對應，其中，電場的最大值位于p-n結處。當電場的最大值達到臨界場強時，發生雪崩擊穿，該臨界場強依賴于用于實現漂移區的半導體材料類型。

當在漂移區中提供在p-n結反向偏置時、即在耗盡區在漂移區中擴張時可充當漂移區中電離摻雜劑原子的反電荷的電荷時，在不降低器件的電壓阻斷能力的情況下，可以增加漂移區的摻雜濃度。可以在漂移區中提供場電極或場板且通過場電極電介質將該場電極或場板與漂移區介電絕緣。這些場電極可以提供所需的反電荷。這些場電極可以電連接至固定電勢，諸如MOS晶體管中的柵極或源極電勢。

具有場電極和場電極電介質的場電極結構形成電容性結構，當場電極與源極電勢連接時，該電容性結構形成MOS晶體管的漏-源電容的一部分。由場電極結構形成的電容性結構具有下述電容：其依賴于晶體管的負載端子(漏和源端子)之間的負載電壓，且隨著負載電壓的增加而減小。在操作時，當晶體管從接通狀態切換到關斷狀態時，晶體管的負載電壓增加。處于關斷狀態的減小的漏-源電容降低了晶體管器件吸收電壓尖峰的能力。這些電壓尖峰尤其可能發生在晶體管從接通狀態切換到關斷狀態時，且可能由連接至晶體管器件的負載和／或寄生器件引起。

發明內容

第一實施例涉及一種晶體管器件。該晶體管器件包括半導體主體。半導體主體包括源區、漂移區、以及處于源區和漂移區之間的體區。晶體管器件進一步包括：源電極，與源區電耦合；柵電極，靠近體區且通過柵極電介質與體區介電絕緣；場電極，靠近漂移區，通過場電極電介質與漂移區介電絕緣且電耦合到柵電極和源電極之一；以及整流元件，將場電極與柵電極和源電極之一電耦合。

在閱讀下面的詳細描述以及查看附圖后，本領域技術人員將認識到附加特征和優點。

附圖說明

現在將參考附圖來解釋示例。附圖用于示出基本原理，從而僅示出理解基本原理所必需的方面。附圖不是按比例繪制的。在附圖中，相同的附圖標記表示類似特征。

圖1示出了根據第一實施例的具有場電極和整流元件的晶體管器件的垂直橫截面圖。

圖2示出了晶體管器件作為用于切換負載的開關的使用；

圖3示出了根據第一實施例的場電極的垂直橫截面圖；

圖4示出了半導體器件的頂視圖；

圖5示出了集成在晶體管器件的半導體主體中的整流元件的第一實施例；

圖6示出了整流元件的第二實施例；

圖7示出了集成在晶體管器件的半導體主體中的電阻元件的第一實施例；

圖8示出了電阻元件的第二實施例；

圖9示出了圖5或6以及圖7或8各自的整流元件和電阻元件的頂視圖；

圖10示出了集成在晶體管器件的半導體主體中的整流元件的另外的實施例；

圖11，包括圖11A至11F，示出了用于生產圖10的場電極的方法；

圖12示出了根據另外的實施例的具有場電極和整流元件的晶體管器件的垂直橫截面圖；以及

圖13示出了根據另外的實施例的具有場電極和整流元件的晶體管器件的垂直橫截面圖。

具體實施方式

在下面的詳細描述中，對附圖進行了參考，附圖形成該詳細描述的一部分，且在附圖中，通過圖示的方式示出了可實施本發明的特定實施例。

圖1示出了根據第一實施例的晶體管器件1的垂直橫截面圖。晶體管器件1包括具有第一表面101的半導體主體100，以及在半導體主體100中，包括漂移區11、源區13以及處于源區13和漂移區11之間的體區12。柵電極21靠近體區12且通過柵極電介質22與體區12介電絕緣。源區13和體區12與源電極41電連接。源電極41形成源極端子S或者與晶體管器件1的源極端子S電連接。