功率半导体器件制造技术

本实用新型专利技术涉及功率半导体器件。该器件可包括半导体区中限定的第一沟槽屏蔽电极和第二沟槽屏蔽电极，所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极各自具有设置在有源区中的第一部分以及设置在终止区中的第二部分。所述第一沟槽屏蔽电极的沟槽和所述第二沟槽屏蔽电极的沟槽可在其间限定所述半导体区的台面。所述器件还可包括设置在所述终止区中的注入物富集区，所述注入物富集区可与所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极相交，并且可具有设置在所述半导体区的所述台面中的一部分，所述部分从所述第一沟槽屏蔽电极的所述沟槽延伸到所述第二沟槽屏蔽电极的所述沟槽。

【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。更具体地讲，本说明书涉及用于功率半导体器件的具有注入物富集(例如，注入物富集区)的终止结构，诸如用于屏蔽沟槽栅极金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的终止结构。
技术介绍
功率半导体器件(功率器件)诸如屏蔽沟槽栅极金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等可在半导体管芯中实现。例如，半导体管芯可具有有源区域(有源区等)，在该有源区域中定位了实现给定功率器件的半导体台面和沟槽的阵列。例如，半导体区中形成的沟槽可限定对应半导体台面。栅极电极和/或屏蔽电极(具有对应介电层以将此类电极与功率半导体器件的其他元件绝缘)可在沟槽中形成，而功率器件的此类其他元件(例如，体区、源极区、重体区、集电极区、发射极区、基极区等)可在台面中限定，例如在这些沟槽之间限定(由这些沟槽限定)。
技术实现思路
在一个一般性方面，功率半导体器件可包括具有有源区和终止区的半导体区。该器件还可包括半导体区中限定的第一沟槽屏蔽电极。第一沟槽屏蔽电极可沿着第一纵向轴线延伸。第一沟槽屏蔽电极可具有设置在有源区中的第一部分和设置在终止区中的第二部分。该器件还可包括半导体区中限定的第二沟槽屏蔽电极。第二沟槽屏蔽电极可沿着第一纵向轴线与第一沟槽屏蔽电极平行延伸。第二沟槽屏蔽电极可具有设置在有源区中的第一部分和设置在终止区中的第二部分。第一沟槽屏蔽电极的沟槽和第二沟槽屏蔽电极的沟槽可在其间限定半导体区的台面。该器件还可进一步包括设置在终止区中的注入物富集区。注入物富集区可沿着与第一纵向轴线正交的第二纵向轴线延伸。注入物富集区可与第一沟槽屏蔽电极和第二沟槽屏蔽电极相交，并且可具有设置在半导体区的台面中的一部分。注入物富集区的该部分可从第一沟槽屏蔽电极的沟槽延伸到第二沟槽屏蔽电极的沟槽。在另一个一般性方面，功率半导体器件包括具有有源区和终止区的半导体区。该器件还可包括设置在终止区中的第一注入物富集区，第一注入物富集区沿着第一纵向轴线延伸。该器件还可包括设置在终止区中的第二注入物富集区，第二注入物富集区沿着所述第一纵向轴线且与第一注入物富集区平行延伸，该第二注入物富集区设置在第一注入物富集区与有源区之间。半导体区中限定第一沟槽屏蔽电极，第一沟槽屏蔽电极沿着与第一纵向轴线正交的第二纵向轴线延伸，第一沟槽屏蔽电极具有设置在有源区中的第一部分以及设置在终止区中的第二部分。半导体区中限定第二沟槽屏蔽电极，第二沟槽屏蔽电极沿着第二纵向轴线与第一沟槽屏蔽电极平行延伸，第二沟槽屏蔽电极具有设置在有源区中的第一部分以及设置在终止区中的第二部分。第一沟槽屏蔽电极的沟槽和第二沟槽屏蔽电极的沟槽在其间限定半导体区的第一台面。第一沟槽屏蔽电极和第二沟槽屏蔽电极各自与第一注入物富集区和第二注入物富集区相交，第一注入物富集区的第一部分和第二注入物富集区的第一部分设置在半导体区的第一台面中。附图说明图1是根据一个实施方式的示意图，示出了可在功率半导体器件中实现的具有注入物富集区的终止结构的平面剖视图。图2A和图2B是根据一个实施方式的示意图，示出了沿着图1中的对应剖面线的图1的终止结构的剖视图。图3A、图3B、图3C和图3D是根据实施方式的示意图，示出了图1的终止结构与没有注入物富集区的终止结构相比较的示例性实施方式的模拟结果。图4是根据一个实施方式的示意图，示出了可在功率半导体器件中实现的具有注入物富集区的另一个终止结构的平面剖视图。图5A、图5B和图5C是根据一个实施方式的示意图，示出了沿着图4中的对应剖面线的图4的终止结构的剖视图。图6是根据一个实施方式的示意图，示出了可在功率半导体器件中实现的具有注入物富集区的另一个终止结构的平面剖视图。图7A、图7B和图7C是根据一个实施方式的示意图，示出了沿着图6中的对应剖面线的图6的终止结构的剖视图。在附图中，各个附图中的相同的附图标记表示相同的元件。对于所有此类元件，可能不会重复一些相似元件的参考编号。在某些情况下，不同的参考编号可用于相同的元件或类似的元件。给定实施方式的某些元件的一些参考编号可能不会在与该实施方式对应的每个附图中重复。给定实施方式的某些元件的一些附图编号可在与该实施方式对应的其他附图中重复，但是可能不会参考每个对应的附图具体讨论。具体实施方式功率半导体器件(功率器件)诸如屏蔽沟槽栅极金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等可在半导体管芯中实现。例如，半导体管芯可具有有源区域(有源区等)，在该有源区域中定位了实现给定功率器件的半导体台面和沟槽的阵列。例如，半导体区中形成的沟槽可限定对应半导体台面。栅极电极和/或屏蔽电极(具有对应介电层以将此类电极与功率半导体器件的其他元件绝缘)可在沟槽中形成，而功率器件的此类其他元件(例如，体区、源极区、重体区、集电极区、发射极区、基极区等)可在台面中限定，例如在这些沟槽之间限定(由这些沟槽限定)。半导体管芯还可包括终止区域(场终止区域、终止区等)，该终止区域设置在有源区域周围或附近(完全围绕、部分围绕、毗连有源区域等)。终止区可用于最小化(降低等)有源区域周围的电场，并且可不被配置为在有源区中实现的功率半导体器件的操作期间传导电流。在某些实施方式中，来自有源区的沟槽可延伸到终止区的至少一部分中，以至少部分地形成终止结构。在终止区中，这些沟槽可包括例如这些沟槽中形成的屏蔽电极，这些屏蔽电极电耦接到功率器件的电势(例如，功率MOSFET的源极电势)。虽然功率器件的击穿电压(保持电压)可通过有源区内发生的电压击穿过程确定，但终止区中可发生各种击穿过程，这些击穿过程可显著降低相关联的功率器件的击穿电压(保持电压、电压额定值)。例如，电荷平衡的差异(例如，终止区中的台面的表面处的可用电荷与终止区中的台面的底部处的可用电荷之间的巨大不平衡)可影响此类击穿电压。例如，如果台面的表面处的可用电荷的量显著少于(例如，少一个或多个数量级)台面的底部处的可用电荷的量(诸如上文所讨论)，则当相关联的功率器件处于关断状态时，该电荷不平衡可导致其半导体台面表面处的终止区的快速耗尽。该快速耗尽可引起来自有源区域的耗尽场在低于功率半导体器件的所需击穿电压的电压下延伸到终止结构的端部、几乎延伸到终止结构的端部或超过终止结构的端部(例如，超过终止区中的屏蔽电极填充的沟槽的端部)，这可导致终止区中发生击穿过程(例如，由于碰撞电离)，并且因此将相关联的功率器件的击穿电压(保持电压、电压额定值等)降低到低于所需击穿电压。多种因素可影响此类功率器件中的电荷平衡。例如，为改善器件性能而实现的某些设计特征和处理特性可影响电荷平衡(例如，终止区中)。例如，如上所述，沟槽之间的间距(这导致减小的台面宽度)以及在其中限定沟槽和台面的半导体区(例如，外延半导体层)中逆行掺杂的使用可增大此类电荷不平衡(例如，引起给定半导体台面的顶部与底部之间更大的不平衡)。逆行掺杂半导体材料(例如，外延硅层)的使用可导致相关联的台面(例如，在屏蔽电极沟槽之间)在其上部(例如，在其上表面处和/或附近)中具有比在台面的底部处(例如，在限定台面的沟槽的底部处和/或附近)更低的掺杂。此外，具有倾斜侧壁的沟槽的形成会产生在其顶部处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件，包括：具有有源区和终止区的半导体区；所述半导体区中限定的第一沟槽屏蔽电极，所述第一沟槽屏蔽电极沿着第一纵向轴线延伸，所述第一沟槽屏蔽电极具有设置在所述有源区中的第一部分以及设置在所述终止区中的第二部分；所述半导体区中限定的第二沟槽屏蔽电极，所述第二沟槽屏蔽电极沿着所述第一纵向轴线与所述第一沟槽屏蔽电极平行延伸，所述第二沟槽屏蔽电极具有设置在所述有源区中的第一部分以及设置在所述终止区中的第二部分，所述第一沟槽屏蔽电极的沟槽和所述第二沟槽屏蔽电极的沟槽在其间限定所述半导体区的台面；以及设置在所述终止区中的注入物富集区，所述注入物富集区沿着与所述第一纵向轴线正交的第二纵向轴线延伸，所述注入物富集区与所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极相交，并且具有设置在所述半导体区的所述台面中的一部分，所述部分从所述第一沟槽屏蔽电极的所述沟槽延伸到所述第二沟槽屏蔽电极的所述沟槽。

【技术特征摘要】
2017.04.28 US 15/581,7741.一种功率半导体器件，包括：具有有源区和终止区的半导体区；所述半导体区中限定的第一沟槽屏蔽电极，所述第一沟槽屏蔽电极沿着第一纵向轴线延伸，所述第一沟槽屏蔽电极具有设置在所述有源区中的第一部分以及设置在所述终止区中的第二部分；所述半导体区中限定的第二沟槽屏蔽电极，所述第二沟槽屏蔽电极沿着所述第一纵向轴线与所述第一沟槽屏蔽电极平行延伸，所述第二沟槽屏蔽电极具有设置在所述有源区中的第一部分以及设置在所述终止区中的第二部分，所述第一沟槽屏蔽电极的沟槽和所述第二沟槽屏蔽电极的沟槽在其间限定所述半导体区的台面；以及设置在所述终止区中的注入物富集区，所述注入物富集区沿着与所述第一纵向轴线正交的第二纵向轴线延伸，所述注入物富集区与所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极相交，并且具有设置在所述半导体区的所述台面中的一部分，所述部分从所述第一沟槽屏蔽电极的所述沟槽延伸到所述第二沟槽屏蔽电极的所述沟槽。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述半导体区为第一导电类型，所述半导体区具有从所述半导体区的表面向所述半导体区的一定深度内增加的掺杂浓度；所述注入物富集区为所述第一导电类型，并且具有大于所述半导体区的表面掺杂浓度的表面掺杂浓度；以及所述有源区包括与所述第一导电类型相反的第二导电类型的阱区。3.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述注入物富集区：沿着所述第一纵向轴线与所述有源区隔开第一距离；以及沿着所述第一纵向轴线与所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二屏蔽电极的相应端部隔开第二距离。4.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述注入物富集区是第一注入物富集区，所述功率半导体器件还包括：设置在所述终止区中的所述第一注入物富集区与所述有源区之间的第二注入物富集区，所述第二注入物富集区沿着所述第二纵向轴线与所述第一注入物富集区平行延伸，所述第二注入物富集区与所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极相交，所述第二注入物富集区具有设置在所述半导体区的所述台面中的一部分，所述第二注入物富集区的所述部分从所述第一沟槽屏蔽电极的所述沟槽延伸到所述第二沟槽屏蔽电极的所述沟槽。5.根据权利要求4所述的功率半导体器件，其中：所述第一注入物富集区具有沿着所述第一纵向轴线的第一宽度；以及所述第二注入物富集区具有沿着所述第一纵向轴线的第二宽度，所述第二宽度不同于所述第一宽度。6.根据权利要求4所述的功率半导体器件，还包括：设置在所述终止区中的所述第二注入物富集区与所述有源区之间的第三注入物富集区，所述第三注入物富集区沿着所述第二纵向轴线与所述第一注入物富集区和所述第二注入物富集区平行延伸，所述第三注入物富集区与所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极相交，所述第三注入物富集区具有设置在所述半导体区的所述台面中的一部分，所述第三注入物富集区的所述部分从所述第一沟槽屏蔽电极的所述沟槽延伸到所述第二沟槽屏蔽电极的所述沟槽。7.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·叶季纳科，吴小利，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US