电荷补偿半导体器件制造技术

技术编号:10938044 阅读:84 留言:0更新日期:2015-01-21 18:39
本发明专利技术涉及电荷补偿半导体器件,具体而言描述了一种场效应半导体器件,包括:具有第一表面和边缘、有源区、和布置于所述有源区与所述边缘之间的外围区的半导体主体,所述第一表面上的源极金属化部,以及漏极金属化部。在所述有源区中,第一导电类型的漂移部分与第二导电类型的补偿区交替。漂移部分与漏极金属化部接触,并且具有第一最大掺杂浓度。所述补偿区与所述源极金属化部欧姆接触。所述外围区包括第一边缘终止区和第二半导体区,所述第二半导体区与所述漂移部分欧姆接触,具有比所述第一最大掺杂浓度小十倍的第一导电类型的第二最大掺杂浓度。所述第二导电类型的第一边缘终止区邻接所述第二半导体区,并且与所述源极金属化部欧姆接触。

【技术实现步骤摘要】
电荷补偿半导体器件优先权主张本申请是2013年7月18日提交的美国专利申请No.13/945226的部分继续申请(CIP),所述申请的全部内容通过引用并入到本文中。
本专利技术的实施例涉及具有电荷补偿结构的半导体器件,尤其涉及具有电荷补偿结构和边缘终止(edge-termination)结构的功率半导体场效应晶体管。
技术介绍
半导体晶体管,尤其是诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)之类的场效应控制开关器件已经被用于各种应用,包括但不限于用作电源和功率变换器、电动汽车、空调、乃至立体声系统中的开关。尤其对于能够切换大电流和/或在较高电压下工作的功率器件而言,通常期望有低导通状态电阻Ron、高击穿电压Ubd、高鲁棒性和/或良好的软度(softness)。为实现低导通状态电阻Ron和高击穿电压Ubd,开发了补偿半导体器件。补偿原则是基于n掺杂和p掺杂区中的电荷的相互补偿的,在垂直MOSFET的漂移区中所述n掺杂和p掺杂区通常也被称为n掺杂和p掺杂柱体区(pillarregion)。通常,由p型和n型区形成的电荷补偿结构布置于实际MOSFET结构的源极区、主体区和栅极区的下方,并且也布置于相关联的MOS沟道下方,所述相关联的MOS沟道在半导体器件的半导体体积中彼此相邻布置,或以如下方式彼此交错布置:在关断状态中,相关联的MOS沟道的电荷可以相互耗尽,并且在激活状态或导通状态中,产生从接近表面的源极电极到布置于背面上的漏极电极的不间断的、低阻抗的传导路径。由于p型和n型掺杂的补偿,在补偿部件的实例中可以显著地提高载流区的掺杂,这导致导通状态电阻Ron显著减小,尽管损失了载流面积。这种半导体功率器件的导通状态电阻Ron的减小与导通状态中由电流产生的热量的减小相关联,从而使得相较于常规的半导体功率器件,这种具有电荷补偿结构的半导体功率器件保持“温度较低(cool)”。同时,功率半导体器件的开关损耗已经变得越发重要。取决于器件操作,分别存储于分别在关断状态中和反向偏置期间形成的空间电荷区中的输出电荷Qoss(或输出电容Coss)和开关损耗Eoss主要确定了开关损耗。具有电荷补偿结构的半导体器件的所存储的电荷Qoss可能相当高。当在功率半导体器件的负载端子两端的高电压下移除所存储的电荷Qoss中的相当大部分时,这可能导致显著的开关损耗Eoss。除了使得能够阻塞以外,必须完全移除输出电荷Qoss(在特定阻塞电压下),这导致开关延迟。为实现高击穿电压Ubd,可以在围绕具有有源MOSFET单元的有源区的外围区中使用边缘终止结构。然而,外围区需要芯片面积,并且因此增加了成本。此外,边缘终止结构可能分别实质上对输出电荷Qoss和输出电容Coss做出贡献,例如贡献大于总输出电容Coss的10%。因此,需要改进具有电荷补偿结构的半导体器件。
技术实现思路
根据场效应半导体器件的实施例,场效应半导体器件包括具有第一表面的半导体主体。半导体主体包括:在与第一表面大体上平行的方向上对半导体主体进行限定的边缘;有源区;和布置于有源区与边缘之间的外围区。场效应半导体器件还包括:布置于第一表面上的源极金属化部;以及漏极金属化部。在有源区中,半导体主体还包括与第二导电类型的补偿区交替的第一导电类型的多个漂移部分。漂移部分具有第一最大掺杂浓度,并且与漏极金属化部欧姆接触。补偿区与源极金属化部欧姆接触。在外围区中,半导体主体还包括第一边缘终止区、以及与漂移部分欧姆接触并具有第一导电类型的掺杂剂的第二最大掺杂浓度的第二半导体区,所述第二最大掺杂浓度比漂移部分的第一最大掺杂浓度至少小五倍。第一边缘终止区是第二导电类型的,与源极金属化部欧姆接触,并且邻接第二半导体区。根据场效应半导体器件的实施例,场效应半导体器件包括具有第一表面的半导体主体。源极金属化部布置于第一表面上。半导体主体包括有源区和围绕有源区的外围区。在有源区中,半导体主体还包括多个交替的n型漂移部分和p型补偿区。漂移部分具有第一最大掺杂浓度。补偿区与源极金属化部欧姆接触。半导体主体还包括边缘终止区和与漂移部分欧姆接触的第二半导体区,该第二半导体区在外围区中延伸到第一表面并且具有n型掺杂剂的小于第一最大掺杂浓度的第二最大掺杂浓度。边缘终止区与源极金属化部欧姆接触,并且邻接第二半导体区。边缘终止区中的P型掺杂剂的浓度在与第一表面大体上正交的垂直方向上变化。根据场效应半导体器件的实施例,场效应半导体器件包括具有第一表面的半导体主体。半导体主体包括:在与第一表面大体上平行的方向上对半导体主体进行限定的边缘;有源区;和布置于有源区与边缘之间的外围区。半导体器件还包括:布置于第一表面上的源极金属化部;以及漏极金属化部。在与第一表面大体上正交的垂直截面中,半导体主体还包括:布置于有源区中的多个交替的第一n型柱体区和第一p型柱体区;布置于外围区中的至少一个第二p型柱体区;以及布置于至少一个第二p型柱体区与第一p型柱体区之间的至少一个第二n型柱体区。第一n型柱体区与漏极金属化部欧姆接触。第一n型柱体区的总掺杂剂浓度大体上与第一p型柱体区的总掺杂剂浓度匹配。第一p型柱体区与源极金属化部欧姆接触。所述至少一个第二p型柱体区与源极金属化部欧姆接触,并且所述至少一个第二p型柱体区所具有的总掺杂剂浓度小于第一p型柱体区的总掺杂剂浓度除以第一p型柱体区的数量所得到的结果。所述至少一个第二n型柱体区所具有的总掺杂剂浓度小于第一n型柱体区的总掺杂剂浓度除以第一n型柱体区的数量所得到的结果。本领域技术人员在阅读以下具体实施方式部分并查看附图之后,会认识到其它的特征和优势。附图说明附图中的部件并非必须按比例绘制,而是把重点放在对本专利技术的原理进行说明。此外,在附图中,相似的附图标记表示对应的部分。在附图中:图1示出根据实施例的穿过半导体器件的半导体主体的垂直截面;图2示出根据实施例的图1中所示的穿过半导体器件的垂直截面的一部分;图3示出根据实施例的穿过半导体器件的半导体主体的垂直截面;图4示出根据实施例的穿过半导体器件的半导体主体的垂直截面;图5示出根据实施例的穿过半导体器件的半导体主体的垂直截面;图6示出根据实施例的穿过半导体器件的半导体主体的垂直截面;以及图7示出根据实施例的穿过图6中所示的半导体器件的半导体主体的水平截面。具体实施方式在下文的具体实施方式中,参考了形成具体实施方式的一部分的附图,并且在附图中通过举例说明的方式示出了可以实现本专利技术的特定实施例。在这方面,参考正在描述的(多个)附图的取向来使用诸如“顶部”、“底部”、“前面”、“后面”、“前沿”、“后沿”等的方向性术语。由于可以采用多种不同取向来布置实施例的部件,所以将方向性术语用于说明的目的而绝非用于限制的目的。应该理解的是,可以使用其它实施例,并且可以在不脱离本专利技术的范围的情况下做出结构上或逻辑上的变化。因此,不应以限制的意义理解下文的具体实施方式,而是由所附权利要求来对本专利技术的范围进行限定。现在将具体参考各种实施例,在附图中示出了各种实施例的一个或多个示例。各示例通过解释说明的方式来提供,而不作为对本专利技术的限制。例如,可以在其它实施例上、或结合其它实施例来使用作为一个实施例的一部分而示出或描述的特征,以产生另一本文档来自技高网
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电荷补偿半导体器件

【技术保护点】
一种场效应半导体器件,包括:‑半导体主体,所述半导体主体包括第一表面、在与所述第一表面大体上平行的方向上对所述半导体主体进行限定的边缘、有源区、以及布置于所述有源区与所述边缘之间的外围区;‑源极金属化部,所述源极金属化部布置于所述第一表面上;以及‑漏极金属化部,在所述有源区中,所述半导体主体还包括:‑多个第一导电类型的漂移部分,所述多个第一导电类型的漂移部分与第二导电类型的补偿区交替,所述漂移部分包括第一最大掺杂浓度并且与所述漏极金属化部欧姆接触,所述补偿区与所述源极金属化部欧姆接触,在所述外围区中,所述半导体主体还包括:‑第二半导体区,所述第二半导体区与所述漂移部分欧姆接触并且包括所述第一导电类型的掺杂剂的第二最大掺杂浓度,所述第二最大掺杂浓度比所述漂移部分的所述第一最大掺杂浓度至少小五倍;以及‑所述第二导电类型的第一边缘终止区,所述第一边缘终止区与所述源极金属化部欧姆接触并且邻接所述第二半导体区。

【技术特征摘要】
2013.07.18 US 13/945,226;2013.11.15 US 14/081,4131.一种场效应半导体器件,包括:-半导体主体,所述半导体主体包括第一表面、在与所述第一表面平行的方向上对所述半导体主体进行限定的边缘、有源区、以及布置于所述有源区与所述边缘之间的外围区;-源极金属化部,所述源极金属化部布置于所述第一表面上;以及-漏极金属化部,在所述有源区中,所述半导体主体还包括:-多个第一导电类型的漂移部分,所述多个第一导电类型的漂移部分与第二导电类型的补偿区交替,所述漂移部分包括第一最大掺杂浓度并且与所述漏极金属化部欧姆接触,所述补偿区与所述源极金属化部欧姆接触,在所述外围区中,所述半导体主体还包括:-第二半导体区,所述第二半导体区与所述漂移部分欧姆接触并且包括所述第一导电类型的掺杂剂的第二最大掺杂浓度,所述第二最大掺杂浓度比所述漂移部分的所述第一最大掺杂浓度至少小五倍;以及-所述第二导电类型的第一边缘终止区,所述第一边缘终止区与所述源极金属化部欧姆接触并且邻接所述第二半导体区,其中在所述外围区中,所述半导体主体还包括所述第一导电类型的第二边缘终止区,所述第二边缘终止区包括大于所述第二最大掺杂浓度的第四最大掺杂浓度,所述第二边缘终止区与所述漏极金属化部欧姆接触,邻接所述第一边缘终止区,并且布置于所述第一边缘终止区与所述第一表面之间。2.根据权利要求1所述的场效应半导体器件,其中所述第二最大掺杂浓度比所述第一最大掺杂浓度至少小十倍。3.根据权利要求1所述的场效应半导体器件,其中所述第一边缘终止区与所述第二半导体区形成pn结。4.根据权利要求1所述的场效应半导体器件,其中在所述外围区中,所述半导体主体还包括所述第一导电类型的沟道停止区,所述沟道停止区包括大于所述第二最大掺杂浓度的第三最大掺杂浓度,与所述第二半导体区欧姆接触,并且布置于所述边缘与所述第一边缘终止区和所述第二半导体区的至少其中之一之间。5.根据权利要求1所述的场效应半导体器件,其中所述第二边缘终止区包括第一部分和第二部分,所述第二部分具有比所述第一部分大的最大掺杂浓度,并且所述第二部分布置于所述第一部分与所述边缘之间。6.根据权利要求1所述的场效应半导体器件,其中所述第一边缘终止区包括第一部分和第二部分,所述第二部分具有比所述第一部分小的总掺杂浓度,并且所述第二部分布置于所述第一部分与所述边缘之间。7.根据权利要求1所述的场效应半导体器件,其中在与所述第一表面正交的垂直方向上,所述第二导电类型的掺杂剂的浓度在所述第一边缘终止区中变化,和/或其中所述浓度至少在接近所述第一表面处最大。8.根据权利要求1所述的场效应半导体器件,其中所述半导体主体还包括至少一个所述第一导电类型的浮置半导体区,所述浮置半导体区完全嵌入在所述第一边缘终止区中。9.根据权利要求1所述的场效应半导体器件,其中所述有源区中的所述漂移部分的总掺杂剂浓度与所述有源区中的所述补偿区的总掺杂剂浓度匹配。10.根据权利要求1所述的场效应半导体器件,其中在所述外围区中,所述半导体主体包括与所述源极金属化部欧姆接触的所述第二导电类型的另外的补偿区,其中所述半导体主体包括与所述另外的补偿区和一个所述补偿区形成pn结的半导体部分,其中所述半导体部分的总掺杂剂浓度小于所述漂移部分的总掺杂剂浓度除以所述漂移部分的数量所得到的结果,并且其中所述另外的补偿区的总掺杂剂浓度小于所述半导体部分的总掺杂剂浓度和/或小于所述补偿区的总掺杂剂浓度除以所述补偿区的数量所得到的结果。11.根据权利要求1所述的场效应半导体器件,还包括以下的至少其中之一:-布置于所述第一表面上的电介质区;-布置于所述第一表面上并与所述漏极金属化部欧姆接触的场板;以及-布置于所述第一表面上并与所述源极金属化部或栅极金属化部欧姆接触的场板,其中所述栅极金属化部布置于所述第一表面上。12.一种场效应半导体器件,包括:-半导体主体,...

【专利技术属性】
技术研发人员:B·菲舍尔S·加梅里特F·赫勒A·毛德M·施米特J·魏尔斯A·维尔梅罗特
申请(专利权)人:英飞凌科技奥地利有限公司
类型:发明
国别省市:奥地利;AT

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