功率半导体器件制造技术

本发明专利技术公开了功率半导体器件。一种功率半导体器件包括耦合到第一负载端子和第二负载端子的半导体主体。半导体主体包括：电连接到第一负载端子的第二导电类型的第一掺杂区域；电连接到第二负载端子的第二导电类型的发射极区域；具有第一导电类型且布置在第一掺杂区域和发射极区域之间的漂移区域。漂移区域和第一掺杂区域使得功率半导体器件能够在以下状态下操作：导通状态，在所述导通状态期间，负载端子之间的负载电流沿正向方向传导；正向阻断状态，在所述正向阻断状态期间施加在端子之间的正向电压被阻断；以及反向阻断状态，在所述反向阻断状态期间施加在端子之间的反向电压被阻断。半导体主体进一步包括至少被布置在第一掺杂区域内的复合区。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件
本说明书涉及功率半导体器件的实施例以及处理功率半导体器件的方法的实施例。特别地，本说明书涉及过电压保护功率半导体芯片的方面和功率半导体器件开关的实施例以及相应的处理方法的实施例。
技术介绍
汽车、消费者和工业应用中的现代装置的许多功能，诸如转换电能以及驱动电动机或电机依赖于功率半导体开关。例如，举几个示例，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和二极管已经用于各种应用，包含但不限于电源和功率转换器中的开关。功率半导体器件通常包括半导体主体，该半导体主体被配置为沿该器件的两个负载端子之间的负载电流路径传导负载电流。进一步地，负载电流路径可以借助于绝缘电极（有时被称为栅极电极）来控制。例如，在从例如驱动器单元接收到相应的控制信号时，控制电极可以将功率半导体器件设置为导通状态和阻断状态中之一。在一些情况下，栅极电极可以被包含在功率半导体开关的沟槽内，其中沟槽可以展现例如条状配置或针状配置。通常期望保持功率半导体器件的损耗为低的，该损耗例如是开关损耗、导通状态期间的通态损耗和阻断状态期间的截止状态损耗。进一步地，功率半导体器件可以被设计为在标称条件下连续操作，根据该标称条件，例如，负载电流正常不超过标称值达预定时间段以上，并且施加在两个负载端子之间的电压正常不超过标称值达预定时间段以上。通常试图避免功率半导体器件变得经受显著高于其已经被设计用于的关于瞬态（例如，开关）情形以及连续阻断状态情形的标称阻断电压。为此，过去已经开发了一些过电压保护概念，其中之一通常被称为“钳位”。例如，能够使用所谓的瞬态电压抑制器二极管（TVS二极管）以便减小在晶体管开关操作期间可能出现的瞬态过电压。
技术实现思路
本文中描述的方面涉及具有其中p掺杂区段电连接到相应的负载端子的pnp配置的半导体结构（而不限于此）。电连接到负载端子中的第一负载端子的p掺杂区段，其在本文中被称为“第一掺杂区域”，可以可选地包括复合区的至少一部分。例如，第一掺杂区域能够是阳极区域，例如过电压保护功率半导体芯片的阳极区域。或者，第一掺杂区域能够是主体区域，例如功率半导体开关的主体区域。根据实施例，功率半导体器件包括耦合到第一负载端子和第二负载端子的半导体主体。该半导体主体包括：第二导电类型的第一掺杂区域，其电连接到第一负载端子；第二导电类型的发射极区域，其电连接到第二负载端子；第一导电类型的并且被布置在第一掺杂区域和发射极区域之间的漂移区域。漂移区域和第一掺杂区域使得功率半导体器件能够在以下状态下操作：导通状态，在所述导通状态期间负载端子之间的负载电流沿正向方向传导；正向阻断状态，在所述正向阻断状态期间施加在端子之间的正向电压被阻断；以及反向阻断状态，在所述反向阻断状态期间施加在端子之间的反向电压被阻断。半导体主体进一步包括至少被布置在第一掺杂区域内的复合区。根据另一实施例，呈现一种处理功率半导体器件的方法。半导体器件包括耦合到第一负载端子和第二负载端子的半导体主体。该半导体主体包括：第二导电类型的第一掺杂区域，其电连接到第一负载端子；第二导电类型的发射极区域，其电连接到第二负载端子；第一导电类型的并且被布置在第一掺杂区域和发射极区域之间的漂移区域。漂移区域和第一掺杂区域使得功率半导体器件能够在以下状态下操作：导通状态，在所述导通状态期间负载端子之间的负载电流沿正向方向传导；正向阻断状态，在所述正向阻断状态期间施加在端子之间的正向电压被阻断；以及反向阻断状态，在所述反向阻断状态期间施加在端子之间的反向电压被阻断。该方法包括：在半导体主体中形成至少被布置在第一掺杂区域内的复合区。在实施例的第一示例性子组中，功率半导体器件体现为功率半导体开关。在实施例的第二示例性子组中，功率半导体器件体现为过电压保护功率半导体芯片或者集成功率半导体模块。关于过电压保护功率半导体芯片或相应地集成功率半导体模块，应该理解的是，这些器件可以可选地包括所述复合区。然而，本文所呈现的还有未必装配有复合区的过电压保护功率半导体芯片或相应地集成功率半导体模块的实施例。关于实施例的示例性复合体，下面呈现几个示例。实施例的第一示例性子组的示例，其中功率半导体器件体现为功率半导体开关，以及相应的方法的示例：1.一种功率半导体开关，包括半导体主体，该半导体主体耦合到第一负载端子和第二负载端子，并且包括：漂移区域，其具有第一导电类型的掺杂剂；源极区域，其具有第一导电类型的掺杂剂并且电连接到第一负载端子；以及第一掺杂区域，其被实现为主体区域并且具有第二导电类型的掺杂剂并且将源极区域与漂移区域分开，其中：-漂移区域、源极区域和主体区域使得功率半导体开关能够在以下状态下操作：导通状态，在所述导通状态期间负载端子之间的负载电流沿正向方向传导；正向阻断状态，在所述正向阻断状态期间施加在端子之间的正向电压被阻断；以及反向阻断状态，在所述反向阻断状态期间施加在端子之间的反向电压被阻断；以及-功率半导体开关包括损坏区，并且其至少被布置在主体区域内。2.根据示例1所述的功率半导体开关，其中，复合区被配置为减小复合区内存在的电荷载流子的寿命和迁移率中的至少一个。3.根据示例1或2所述的功率半导体开关，其中，复合区是横向构造的。4.根据示例3所述的功率半导体开关，进一步包括具有多个晶体管单元的有源区域，其中，复合区横向构造如下：-仅多个晶体管单元中的一个份额中的每个包括复合区；和/或-复合区在多个晶体管单元中的至少一个的水平横截面内横向构造。5.根据前述示例中的一项所述的功率半导体开关，进一步被配置为在导通状态期间在主体区域内诱导导电沟道以用于传导负载电流的至少一部分，其中，诱导的导电沟道和复合区在空间上彼此分开。6.根据示例5所述的功率半导体开关，其中，复合区与诱导的导电沟道之间的最小距离共计至少50nm。7.根据前述示例中的一项所述的功率半导体开关，其中，复合区延伸到源极区域中。8.根据前述示例中的一项所述的功率半导体开关，其中，复合区不延伸到漂移区域中。9.根据示例8所述的功率半导体开关，其中，复合区展现为漂移区域内的晶体缺陷浓度的至少1000倍的晶体缺陷浓度。10.根据前述示例中的一项所述的功率半导体开关，其中，主体区域比复合区向半导体主体中延伸得更深。11.根据前述示例中的一项所述的功率半导体开关，其中，第一负载端子包括接触凹槽，该接触凹槽与源极区域和主体区域中的每个相接，其中，复合区与接触凹槽横向重叠，并且展现在接触凹槽的横向尺寸的60％至200％的范围内的横向尺寸。12.根据前述示例中的一项所述的功率半导体开关，包括：有源区域，该有源区域具有多个晶体管单元，每个晶体管单元被配置为在所述导通状态、所述正向阻断状态和所述反向阻断状态下操作；以及围绕有源区域的非有源（inactive）边缘区域，其中，复合区不延伸到非有源边缘区域中。13.根据前述示例中的一项所述的功率半导体开关，其中，复合区与在正向阻断状态期间的电场的峰值的位置在空间上分开。14.根据前述示例中的一项所述的功率半导体开关，其中，复合区展现在复合区内形成多个复合中心的晶体缺陷。15.根据示例14所述的功率半导体开关，其中，晶体缺陷在高达至少360°的温度下是温度稳定的。16.根据前述示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件（1），包括半导体主体（10），所述半导体主体（10）耦合到第一负载端子（11）和第二负载端子（12），并且包括：‑ 第二导电类型的第一掺杂区域（102），电连接到所述第一负载端子（11）；‑ 第二导电类型的发射极区域（1091），电连接到所述第二负载端子（12）；‑ 漂移区域（100），具有第一导电类型并且被布置在所述第一掺杂区域（102）和所述发射极区域（1091）之间；其中，所述漂移区域（100）和所述第一掺杂区域（102）使得所述功率半导体器件（1）能够在以下状态下操作：‑ 导通状态，在所述导通状态期间，负载端子（11、12）之间的负载电流沿正向方向传导；‑ 正向阻断状态，在所述正向阻断状态期间，施加在所述端子（11、12）之间的正向电压被阻断；以及‑ 反向阻断状态，在所述反向阻断状态期间，施加在所述端子（11、12）之间的反向电压被阻断；以及‑ 至少被布置在所述第一掺杂区域（102）内的复合区（159）。

【技术特征摘要】
2017.03.20 DE 102017105895.8;2017.08.18 DE 10201711.一种功率半导体器件（1），包括半导体主体（10），所述半导体主体（10）耦合到第一负载端子（11）和第二负载端子（12），并且包括：-第二导电类型的第一掺杂区域（102），电连接到所述第一负载端子（11）；-第二导电类型的发射极区域（1091），电连接到所述第二负载端子（12）；-漂移区域（100），具有第一导电类型并且被布置在所述第一掺杂区域（102）和所述发射极区域（1091）之间；其中，所述漂移区域（100）和所述第一掺杂区域（102）使得所述功率半导体器件（1）能够在以下状态下操作：-导通状态，在所述导通状态期间，负载端子（11、12）之间的负载电流沿正向方向传导；-正向阻断状态，在所述正向阻断状态期间，施加在所述端子（11、12）之间的正向电压被阻断；以及-反向阻断状态，在所述反向阻断状态期间，施加在所述端子（11、12）之间的反向电压被阻断；以及-至少被布置在所述第一掺杂区域（102）内的复合区（159）。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件（1），其中-从所述第一掺杂区域（102）到所述漂移区域（100）的过渡形成第一二极管（51），-从所述发射极区域（1091）到所述漂移区域（100）的过渡形成第二二极管（52），以及-所述第一二极管（51）和所述第二二极管（52）彼此反串联连接。3.根据权利要求2所述的功率半导体器件（1），其中-所述第一二极管（51）展现第一贯穿电压，-所述第二二极管（52）展现第二贯穿电压，-所述第一贯穿电压至少为所述第二贯穿电压的五倍。4.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体器件（1），其中，所述第一负载端子（11）、所述第一掺杂区域（102）、所述复合区（159），所述漂移区域（100）、所述发射极区域（1091）以及所述第二负载端子（12）中的每个展现共同的横向延伸范围。5.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体器件（1），其中，所述复合区（159）被配置为减小所述复合区（159）内存在的电荷载流子的寿命和迁移率中的至少一个。6.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体器件（1），其中，所述复合区（159）是横向构造的。7.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体器件（1），进一步被配置为在所述导通状态期间在所述第一掺杂区域（102）内诱导导电沟道（103）以用于传导所述负载电流的至少一部分，其中，诱导的导电沟道（103）和所述复合区（159）在空间上彼此分开。8.根据权利要求7所述的功率半导体器件（1），其中，在所述复合区（159）与所述诱导的导电沟道（103）之间的最小距离共计至少50nm。9.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体器件（1），其中，所述复合区（159）展现为所述漂移区域（100）内的晶体缺陷浓度的至少1000倍的晶体缺陷浓度。10.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体器件（1），其中，所述第一掺杂区域（102）比所述复合区（159）向所述半导体主体（10）中延伸得更深。11.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体器件（1），其中，所述第一负载端子（11）包括与所述第一掺杂区域（102）相接的接触凹槽（111、161），其中所述复合区（159）与所述接触凹槽（111、161）横向重叠，并且展现在接触凹槽（111、161）的横向尺寸的60％至200％的范围内的横向尺寸。12.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体器件（1），包括多个单元（14、15），每个单元被配置为在所述导通状态、所述正向阻断状态和所述反向阻断状态下操作。13.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体器件（1），其中，所述第一掺杂区域（102）展现第一子区段（1023）和第二子区段（1022），所述第一子区段（1023）与所述第一负载端子（11）相接并且具有比所述第二子区段（1022）更高的掺杂剂浓度，所述第二子区段（1022）与所述漂移区域（100）相接，其中，所述复合区（159）延伸到所述第一子区段和所述第二子区段（1023、1022）中的每个中。14.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体器件（1），其中，所述功率半导体器件（1）是功率半导体开关并且进一步包括：-源极区域（101），其具有所述第一导电类型并且电连接到所述第一负载端子（11），其中，所述第一掺杂区域（102）将所述源极区域（101）与所述漂移区域（100）分开，其中，所述复合区（159）延伸到所述源极区域（101）中。15.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：T巴斯勒，M比纳，M戴内泽，HJ舒尔策，
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