[發(fā)明專利]電荷平衡功率器件以及用于制造電荷平衡功率器件的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010756416.1
• 申請(qǐng)日: 2020-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN112310194A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·桑坦格羅;G·郎戈;L·倫納
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 意法半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 董莘

本公開的各實(shí)施例涉及電荷平衡功率器件以及用于制造電荷平衡功率器件的方法。一種電荷平衡功率器件，包括具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體主體。溝槽柵極在半導(dǎo)體主體中從第一表面朝向第二表面延伸。主體區(qū)域具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型，并且主體區(qū)域面對(duì)半導(dǎo)體主體的第一表面并且在溝槽柵極的第一側(cè)和第二側(cè)上延伸。具有第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)域在主體區(qū)域中延伸并且面對(duì)半導(dǎo)體主體的第一表面。漏極端子在半導(dǎo)體主體的第二表面上延伸。器件還包括具有第二導(dǎo)電性的第一柱狀區(qū)域和第二柱狀區(qū)域，該第一柱狀區(qū)域和第二柱狀區(qū)域在半導(dǎo)體主體中與溝槽柵極的第一側(cè)和第二側(cè)相鄰地延伸，并且第一柱狀區(qū)域和第二柱狀區(qū)域與該主體區(qū)域間隔開，并且與漏極端子間隔開。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種電荷平衡功率器件，并且涉及一種用于制造電荷平衡功率器件的方法。

背景技術(shù)

本公開特別地但不排他地涉及垂直傳導(dǎo)功率器件(例如，功率MOS器件或IGBT(絕緣柵雙極晶體管)類型的器件或BJT(雙極結(jié)型晶體管)的器件或雙極型二極管或肖特基二極管)，并且隨后的描述僅出于簡(jiǎn)化其說(shuō)明的目的而涉及該應(yīng)用領(lǐng)域。

垂直電流MOSFET器件被用在各種應(yīng)用中，該些應(yīng)用通常要求低的熱消散，即使在它們?cè)诟唠娏鳁l件下操作時(shí)。在實(shí)踐中，該器件應(yīng)當(dāng)具有低導(dǎo)通狀態(tài)源極-漏極電阻(即，低Rdson)，同時(shí)能夠承受高的反向偏置電壓(高BVdss)。

在垂直電流器件中，對(duì)上述兩個(gè)參數(shù)(Rdson和BVdss)的要求相互沖突，為了獲得高反向電壓，通常認(rèn)為必須增加承受所述電流的半導(dǎo)體主體的厚度(即通過(guò)增加在襯底上生長(zhǎng)的外延層的厚度)和/或增加外延層本身的電阻率。在任一情況下，都存在Rdson上的增加，因?yàn)楹穸壬系脑黾釉趯?dǎo)通狀態(tài)下需要電流的更長(zhǎng)路徑，而更高的外延層電阻率導(dǎo)致電流的流動(dòng)的更高阻力。

為了減小導(dǎo)通狀態(tài)源極-漏極電阻，可以使用使得能夠增加主體-漏極邊界的柱結(jié)構(gòu)，以便能夠利用外延層的整個(gè)體積。該技術(shù)使得可以使用更重?fù)诫s的外延層，因此，在相同反向電壓值的情況下，具有較低的電阻率，從而降低了由于外延層引起的Rdson成分(在下文中定義為導(dǎo)通狀態(tài)外延電阻Repi)。

該類型的結(jié)構(gòu)預(yù)期了溝槽柵極端子的創(chuàng)建，溝槽柵極端子由P型的柱彼此分離，例如，如圖1中所圖示的。

特別地，圖1涉及一種N溝道器件1，其具有生長(zhǎng)在襯底3b上的外延層3a，二者均為N型；外延層3a在主體區(qū)域4下方容納P型的柱2。主體區(qū)域4為P型，并且包括摻雜增加的部分(P+)，以促進(jìn)電接觸。源極區(qū)域5與主體區(qū)域4電接觸地形成，而柵極區(qū)域6在主體區(qū)域4之間的外延層3a中在深度上延伸。漏極金屬化在襯底3b的與外延層3a在其上延伸的一側(cè)相對(duì)的一側(cè)上延伸。

柵極區(qū)域6包括完全被相應(yīng)的柵極氧化物層6b圍繞的金屬化區(qū)域6a。金屬化區(qū)域8電連接源極區(qū)域5和主體區(qū)域4(特別地，部分4a)，并且經(jīng)由柵極氧化物層6b與柵極區(qū)域6電絕緣。

在具有柱狀結(jié)構(gòu)的器件中，可以在P型的柱2的摻雜劑與N型的外延層3a的電荷之間獲得電荷平衡或電荷補(bǔ)償，以使柱2相對(duì)于外延層3a的總電荷將相等并且具有相反的符號(hào)。僅電荷平衡條件是不夠的。附加地，等于柱2(P)的電荷的外延層3a(N)的電荷應(yīng)當(dāng)被包含在某些值之內(nèi)(這取決于器件的3D結(jié)構(gòu))。這些條件使得外延層3a和柱2兩者中的自由載流子完全耗盡，從而提供了沒(méi)有載流子的區(qū)域，該區(qū)域表現(xiàn)為絕緣層，這使能了高的反向電壓值(擊穿電壓)，其中電擴(kuò)展場(chǎng)具有一輪廓，貫穿包括外延層3a和柱2的區(qū)域，該輪廓在幅度和方向兩者上實(shí)際上都均勻。特別地，可以偏置器件，以使電場(chǎng)將接近臨界電場(chǎng)，臨界電場(chǎng)是PN結(jié)在界面處可以承受的最大電場(chǎng)，并且超過(guò)該電場(chǎng)，雪崩傳導(dǎo)過(guò)程會(huì)被觸發(fā)(擊穿)。

使用電荷平衡的概念，因此可以在外延層3a中選擇高濃度的摻雜劑，該高濃度的摻雜劑由柱中的摻雜劑適當(dāng)?shù)仄胶狻５牵撨x擇存在局限性，因?yàn)樾?zhǔn)柱間距離以確保整個(gè)外延區(qū)域(包括柱2)完全耗盡非常重要。