[發(fā)明專利]具有場(chǎng)電極的晶體管器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310556439.8
• 申請(qǐng)日: 2013-09-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103681867A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F·希爾勒;A·毛德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/08;H01L29/10
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬紅梅;馬永利

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及一種晶體管器件，尤其是一種具有場(chǎng)電極的晶體管器件。

背景技術(shù)

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

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

當(dāng)p-n結(jié)反向偏置時(shí)，在p-n結(jié)兩側(cè)上電離摻雜劑原子，導(dǎo)致與電場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的空間電荷區(qū)。電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)的量值的積分與反向偏置p-n結(jié)的電壓相對(duì)應(yīng)，其中，電場(chǎng)的最大值位于p-n結(jié)處。當(dāng)電場(chǎng)的最大值達(dá)到臨界場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，發(fā)生雪崩擊穿，該臨界場(chǎng)強(qiáng)依賴于用于實(shí)現(xiàn)漂移區(qū)的半導(dǎo)體材料類型。

當(dāng)在漂移區(qū)中提供在p-n結(jié)反向偏置時(shí)、即在耗盡區(qū)在漂移區(qū)中擴(kuò)張時(shí)可充當(dāng)漂移區(qū)中電離摻雜劑原子的反電荷的電荷時(shí)，在不降低器件的電壓阻斷能力的情況下，可以增加漂移區(qū)的摻雜濃度。可以在漂移區(qū)中提供場(chǎng)電極或場(chǎng)板且通過(guò)場(chǎng)電極電介質(zhì)將該場(chǎng)電極或場(chǎng)板與漂移區(qū)介電絕緣。這些場(chǎng)電極可以提供所需的反電荷。這些場(chǎng)電極可以電連接至固定電勢(shì)，諸如MOS晶體管中的柵極或源極電勢(shì)。

具有場(chǎng)電極和場(chǎng)電極電介質(zhì)的場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)形成電容性結(jié)構(gòu)，當(dāng)場(chǎng)電極與源極電勢(shì)連接時(shí)，該電容性結(jié)構(gòu)形成MOS晶體管的漏-源電容的一部分。由場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)形成的電容性結(jié)構(gòu)具有下述電容：其依賴于晶體管的負(fù)載端子(漏和源端子)之間的負(fù)載電壓，且隨著負(fù)載電壓的增加而減小。在操作時(shí)，當(dāng)晶體管從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，晶體管的負(fù)載電壓增加。處于關(guān)斷狀態(tài)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(fā)生在晶體管從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，且可能由連接至晶體管器件的負(fù)載和／或寄生器件引起。

發(fā)明內(nèi)容

第一實(shí)施例涉及一種晶體管器件。該晶體管器件包括半導(dǎo)體主體。半導(dǎo)體主體包括源區(qū)、漂移區(qū)、以及處于源區(qū)和漂移區(qū)之間的體區(qū)。晶體管器件進(jìn)一步包括：源電極，與源區(qū)電耦合；柵電極，靠近體區(qū)且通過(guò)柵極電介質(zhì)與體區(qū)介電絕緣；場(chǎng)電極，靠近漂移區(qū)，通過(guò)場(chǎng)電極電介質(zhì)與漂移區(qū)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(chǎng)電極與柵電極和源電極之一電耦合。

在閱讀下面的詳細(xì)描述以及查看附圖后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到附加特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參考附圖來(lái)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(biāo)記表示類似特征。

圖1示出了根據(jù)第一實(shí)施例的具有場(chǎng)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(fù)載的開(kāi)關(guān)的使用；

圖3示出了根據(jù)第一實(shí)施例的場(chǎng)電極的垂直橫截面圖；

圖4示出了半導(dǎo)體器件的頂視圖；

圖5示出了集成在晶體管器件的半導(dǎo)體主體中的整流元件的第一實(shí)施例；

圖6示出了整流元件的第二實(shí)施例；

圖7示出了集成在晶體管器件的半導(dǎo)體主體中的電阻元件的第一實(shí)施例；

圖8示出了電阻元件的第二實(shí)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(dǎo)體主體中的整流元件的另外的實(shí)施例；

圖11，包括圖11A至11F，示出了用于生產(chǎn)圖10的場(chǎng)電極的方法；

圖12示出了根據(jù)另外的實(shí)施例的具有場(chǎng)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(jù)另外的實(shí)施例的具有場(chǎng)電極和整流元件的晶體管器件的垂直橫截面圖。

具體實(shí)施方式

在下面的詳細(xì)描述中，對(duì)附圖進(jìn)行了參考，附圖形成該詳細(xì)描述的一部分，且在附圖中，通過(guò)圖示的方式示出了可實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施例。

圖1示出了根據(jù)第一實(shí)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(dǎo)體主體100，以及在半導(dǎo)體主體100中，包括漂移區(qū)11、源區(qū)13以及處于源區(qū)13和漂移區(qū)11之間的體區(qū)12。柵電極21靠近體區(qū)12且通過(guò)柵極電介質(zhì)22與體區(qū)12介電絕緣。源區(qū)13和體區(qū)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。