具有场电极和场电介质的半导体器件制造技术

本发明专利技术涉及具有场电极和场电介质的半导体器件。半导体器件（500）包括场电极结构（160），其包括场电极（165）和围绕场电极（165）的场电介质（161）。场电介质（161）包括第一电介质层（161a）和具有比第一电介质层（161a）更小的带隙和更低的导带边缘中的至少一个的第二电介质层（161b）。半导体主体（100）包括围绕场电极结构（160）并直接邻接第一电介质层（161a）的晶体管部分（TS）。晶体管部分（TS）包括源极区（110）、第一漂移区部分（121a）和使源极区（110）与第一漂移区部分（121a）分离的主体区（115）。主体区（115）形成与源极区（110）的第一pn结（pn1）和与第一漂移区部分（121a）的第二pn结（pn2）。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
功率半导体器件，例如IGFET（绝缘栅场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极晶体管）通常是具有在半导体管芯的前侧处的第一表面和在后侧处的第二表面之间的负载电流流动的垂直器件。在阻塞模式中，从前侧延伸到半导体管芯中的条形补偿结构耗尽在半导体管芯中的漂移区。补偿结构允许在漂移区中的较高的掺杂剂浓度，而没有对阻塞能力的不利影响。较高的掺杂剂浓度又减小器件的导通状态电阻。提供具有低欧姆损耗的可靠半导体器件是期望的。
技术实现思路
该目的用独立权利要求的主题来达到。从属权利要求指的是另外的实施例。根据实施例，半导体器件包括场电极结构，其包括场电极和围绕场电极的场电介质。场电介质包括第一电介质层和具有比第一电介质层更小的带隙和更低的导带边缘中的至少一个的第二电介质层。半导体主体的晶体管部分围绕场电极结构，直接邻接第一电介质层，并包括源极区、第一漂移区部分和使源极区与第一漂移区部分分离的主体区。主体区形成与源极区的第一pn结和与第一漂移区部分的第二pn结。根据另一实施例，制造半导体器件的方法包括形成从主表面延伸到半导体衬底的半导体层中的第一沟槽。平行于半导体衬底的主表面的第一沟槽的第一水平延伸部大至正交于第一水平延伸部的第二水平延伸部的至多两倍。形成用作第一沟槽的衬里的第一电介质层。第二电介质层在第一电介质层上形成。场电极在第一沟槽中形成，且栅电极在第二沟槽中形成。根据实施例，电子组件包括半导体器件，其包括具有场电极的场电极结构和围绕场电极的场电介质。场电介质包括第一电介质层和具有比第一电介质层更小的带隙和更低的导带边缘中的至少一个的第二电介质层。半导体主体的晶体管部分围绕场电极结构，直接邻接第一电介质层，并包括源极区、第一漂移区部分和使源极区与第一漂移区部分分离的主体区。主体区形成与源极区的第一pn结和与第一漂移区部分的第二pn结。本领域中的技术人员在阅读下面的详细描述后并在观看附图后将认识到附加的特征和优点。附图说明附图被包括以提供对本专利技术的进一步理解并被合并在本说明书中且构成本说明书的一部分。附图图示本专利技术的实施例并与描述一起用于解释本专利技术的原理。本专利技术的其它实施例和预期优点将容易被领会到，因为它们通过参考下面的详细描述变得更好理解。图1A是根据与包括含氧层的场电介质结构有关的实施例的半导体器件的一部分的示意性水平横截面视图。图1B是沿着线B-B的图1A的半导体器件部分的示意性垂直横截面视图。图1C是图1A的半导体器件部分的示意性透视图。图2A是用于图示在形成第一电介质层之后根据实施例的制造半导体器件的方法的半导体衬底的一部分的示意性横截面视图。图2B是在形成第二电介质层之后的图2A的半导体衬底部分。图2C是在形成第三电介质层和场电极材料之后的图2B的半导体衬底部分的示意性横截面视图。图3示意性图示用于图示实施例的效果的根据实施例的半导体器件的电子带结构。图4A是根据具有两层场电介质的实施例的半导体器件的一部分的示意性水平横截面视图。图4B是图4A的半导体器件部分的示意性垂直横截面视图。图5A是根据与具有只在场电极结构的掩埋尖端处形成的第二电介质层的场电介质有关的实施例的半导体器件的一部分的示意性水平横截面视图。图5B是图5A的半导体器件部分的示意性垂直横截面视图。图6A是根据与在场电极和相应的晶体管单元的晶体管部分之间形成的环形栅电极有关的实施例的半导体器件的一部分的示意性水平横截面视图。图6B是沿着线B-B的图6A的半导体器件部分的示意性垂直横截面视图。图6C是根据具有布置在矩阵中的晶体管单元的实施例的如图6A到6B中所示的晶体管单元的示意性布局。图6D是根据具有布置在交错列中的晶体管单元的实施例的如图6A到6B中所示的晶体管单元的示意性布局。图7是根据与条形栅极结构和空间上分离的针形场电极有关的实施例的半导体器件的一部分的示意性透视图。图8是根据与开关模式电源和电机驱动器有关的实施例的电子组件的示意性电路图。具体实施方式在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，且其中作为例证示出其中本专利技术可被实践的特定实施例。应理解，可利用其它实施例且可做出结构或逻辑改变而不偏离本专利技术的范围。例如，对于一个实施例示出或描述的特征可在其它实施例上或结合其它实施例来使用以产出另外的实施例。意图是本专利技术包括这样的修改和变化。使用不应被解释为限制所附权利要求的范围的特定语言描述了示例。附图并不按比例且仅为了例证性目的。为了清楚起见，相同的元件在不同的附图中由对应的参考符号标明，如果不是另有规定。术语“具有”、“包含”、“包括”、“包括有”等是开放的，且术语指示所陈述的结构、元件或特征的存在，但不排除附加的元件或特征。冠词“一”、“一个”和“该”意图包括复数以及单数，除非上下文清楚地另有指示。术语“电连接”描述在电连接的元件之间的永久低欧姆连接，例如在所连接的元件之间的直接接触或经由金属和/或高掺杂半导体的低欧姆连接。术语“电耦合”包括，适于信号传输的一个或多个（多个）中间元件可被提供在电耦合的元件，例如可控制来临时提供在第一状态中的低欧姆连接和在第二状态中的高欧姆电解耦的元件之间。附图通过指示紧接于掺杂类型“n”或“p”的“-”或“+”而图示相对掺杂浓度。例如，“n-”意指比“n”掺杂区的掺杂浓度低的掺杂浓度，而“n+”掺杂区具有比“n”掺杂区的掺杂浓度高的掺杂浓度。相同的相对掺杂浓度的掺杂区并不一定具有相同的绝对掺杂浓度。例如，两个不同的“n”掺杂区可具有相同或不同的绝对掺杂浓度。图1A到1C指的是包括多个相同的晶体管单元TC的半导体器件500。半导体器件500可以是或可包括IGFET，例如在通常意义上包括具有金属栅极的FET以及具有非金属栅极的FET的MOSFET（金属氧化物半导体FET）。根据另一实施例，半导体器件500可以是IGBT。半导体器件500基于来自单晶半导体材料，例如硅（Si）、碳化硅（SiC）、锗（Ge）、硅锗晶体（SiGe）、氮化镓（GaN）、砷化镓（GaAs）或任何其它AIIIBV半导体的半导体主体100。半导体主体100具有可以是近似平坦的或可由共面表面部分横跨的平面所限定的第一表面101以及平行于第一表面101的平坦的第二表面102。在第一和第二表面101、102之间的距离被选择成达到指定的电压阻塞能力，并且可以是至少30μm。根据其它实施例，该距离可以在几百μm的范围内。倾斜到第一和第二表面101、102的横向表面连接第一和第二表面101、102。在垂直于横截平面的平面中，半导体主体100可具有带有几毫米的边缘长度的矩形形状，或可以是具有几厘米的直径的圆盘形。第一表面101的法线限定垂直方向，且正交于垂直方向的方向是水平方向。半导体主体100包括第一导电类型的漏极结构120以及在漏极结构120和第二表面102之间的第一导电类型的接触层130。漏极结构120包括漂移区121，其中掺杂剂浓度可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：场电极结构（160），其包括场电极（165）和围绕所述场电极（165）的场电介质（161），其中所述场电介质（161）包括第一电介质层（161a）和具有比所述第一电介质层（161a）更小的带隙和更低的导带边缘中的至少一个的第二电介质层（161b）；以及半导体主体（100），其包括晶体管部分（TS），所述晶体管部分（TS）围绕所述场电极结构（160），直接邻接所述第一电介质层（161a），并包括源极区（110）、第一漂移区部分（121a）和使所述源极区（110）与所述第一漂移区部分（121a）分离的主体区（115），所述主体区（115）形成与所述源极区（110）的第一pn结（pn1）和与所述第一漂移区部分（121a）的第二pn结（pn2）。

【技术特征摘要】
2014.07.15 DE 102014109924.91.一种半导体器件，包括：
场电极结构（160），其包括场电极（165）和围绕所述场电极（165）的场电介质（161），其中所述场电介质（161）包括第一电介质层（161a）和具有比所述第一电介质层（161a）更小的带隙和更低的导带边缘中的至少一个的第二电介质层（161b）；以及
半导体主体（100），其包括晶体管部分（TS），所述晶体管部分（TS）围绕所述场电极结构（160），直接邻接所述第一电介质层（161a），并包括源极区（110）、第一漂移区部分（121a）和使所述源极区（110）与所述第一漂移区部分（121a）分离的主体区（115），所述主体区（115）形成与所述源极区（110）的第一pn结（pn1）和与所述第一漂移区部分（121a）的第二pn结（pn2）。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其中
所述第一电介质层（161a）是氧化物层。
3.如权利要求1和2所述的半导体器件，其中
所述第二电介质层（161b）是氮化硅层。
4.如权利要求1到3所述的半导体器件，还包括：
栅极结构（15），其包括栅电极（155）和使所述栅电极（155）与所述主体区（115）分离的栅极电介质（151）。
5.如权利要求4所述的半导体器件，其中
所述栅极结构（150）围绕所述场电极结构（160）。
6.如权利要求5所述的半导体器件，其中
在平行于所述半导体主体（100）的第一表面（101）的水平面中，所述晶体管部分（TS）夹在所述场电极结构（160）和所述栅极结构（150）之间。
7.如权利要求6所述的半导体器件，其中
多个晶体管单元（TC）的所述栅电极形成使所述晶体管单元（TC）的所述晶体管部分（TS）嵌入的网格。
8.如权利要求5所述的半导体器件，其中
在平行于所述半导体主体（100）的第一表面（101）的水平面中，所述栅电极（150）在所述场电极（165）和所述晶体管部分（TS）之间形成。
9.如权利要求8所述的半导体器件，其中
多个晶体管单元（TC）的所述晶体管部分形成使所述栅极结构（150）和所述晶体管单元（TC）的场电极结构（160）嵌入的网格。
10.如权利要求1到9所述的半导体器件，其中
所述场电极（165）在垂直于水平面的垂直方向上延伸，所述水平面平行于所述半导体主体（100）的第一表面（101）。
11.如权利要求1到10所述的半导体器件，其中
所述场电极（165）的第一水平延伸部大至正交于所述第一水平延伸部的第二水平延伸部的至多两倍。
12.如权利要求1到11所述的半导体器件，其中
所述场电极（165）的水平横截面区域是圆形或具有圆角的正方形或具有圆角的规则六边形。
13.如权利要求1到12所述的半导体器件，其中
所述第一电介质层（161a）使所述第二电介质层（161b）与所述晶体管部分（TS）分离。
14.如权利要求1到13所述的半导体器件，其中
所述场电介质（161）包括第三电介...

【专利技术属性】
技术研发人员：F希尔勒，M珀尔兹尔，
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