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。在一般性方面，功率半导体器件可包括具有有源区和终止区的半导体区。所述器件还可包括多个沟槽屏蔽电极，所述多个沟槽屏蔽电极各自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。所述沟槽屏蔽电极中的一个或多个可具有延伸第一距离进入所述终止区的第二部分，而一个或多个其他沟槽屏蔽电极可具有延伸第二距离进入所述终止区的第二部分，所述第二距离小于所述第一距离。具有延伸所述第二距离进入所述终止区的所述第二部分的所述沟槽屏蔽电极可与具有延伸所述第一距离进入所述终止区的所述第二部分的所述沟槽屏蔽电极交错。

【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，本说明书涉及具有用于功率半导体器件的凹进屏蔽电极的终止结构，诸如屏蔽沟槽栅极金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
技术介绍
功率半导体器件(也可称为功率器件)诸如屏蔽沟槽栅极金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)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/或屏蔽电极可形成在沟槽中，而功率器件的其他元件(例如，体区、源极区、重体区等)可被限定在台面中，例如在沟槽之间。
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。第一沟槽屏蔽电极的第二部分可沿着纵向轴线从有源区延伸第一距离进入终止区。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。第二沟槽屏蔽电极的第二部分可沿着纵向轴线从有源区延伸第一距离进入终止区。该器件还可包括限定在第一沟槽屏蔽电极和第二沟槽屏蔽电极之间的半导体区中的第三沟槽屏蔽电极。第三沟槽屏蔽电极可沿着纵向轴线与第一沟槽屏蔽电极和第二沟槽屏蔽电极平行延伸。第三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。第三沟槽屏蔽电极的第二部分可沿着纵向轴线从有源区延伸第二距离进入终止区，该第二距离小于第一距离。在另一个一般性方面，功率半导体器件可包括具有有源区和终止区的半导体区。该器件还包括限定在半导体区中的第一沟槽屏蔽电极，第一沟槽屏蔽电极沿着纵向轴线延伸，并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。该器件还包括限定在半导体区中的第二沟槽屏蔽电极，第二沟槽屏蔽电极与第一沟槽屏蔽电极平行地延伸，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。该器件还包括限定在半导体区中、第一沟槽屏蔽电极和第二沟槽屏蔽电极之间的第三沟槽屏蔽电极，第三沟槽屏蔽电极与第一沟槽屏蔽电极和第二沟槽屏蔽电极平行地延伸，第三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。该器件还包括限定在半导体区中的第一台面，第一台面设置在第一沟槽屏蔽电极的沟槽和第三沟槽屏蔽电极的沟槽之间。该器件也包括限定在半导体区中的第二台面，第二台面设置在第二沟槽屏蔽电极和第三沟槽屏蔽电极之间，第一台面和第二台面具有沿着半导体区的表面的第一宽度。该器件包括限定在半导体区中的第三台面，第三台面设置在第一沟槽屏蔽电极和第二沟槽屏蔽电极之间，第三台面具有沿着半导体区的表面的第二宽度，第二宽度大于第一宽度。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凹进屏蔽电极的终止结构的平面图。图2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凹进屏蔽电极的另一个终止结构的平面图。图3A-图3C是示出沿着图2所示的相应切割线的图2的终止结构的剖视图的示意图。图4A-图4E是示出沿着图2所示的相应切割线的图2的终止结构的剖视图的示意图。图5A-图5C是示出图2所示的终止结构的仿真结果的示意图。图6是示出仿真结果的示意图，该仿真结果示出图2的终止结构的横截面的电势轮廓。图7A-图7D是根据各种实施方式的示意图，示出了可在功率半导体器件中实现的具有凹进屏蔽电极的终止结构。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(也可称为功率器件)诸如屏蔽沟槽栅极金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)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/或屏蔽电极可形成在沟槽中，而功率器件的其他元件(例如，体区、源极区、重体区等)可被限定在台面中，例如在沟槽之间。半导体管芯还可包括终止区域(例如，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(例如，完全围绕、部分围绕、毗连有源区域等)。终止区可用于最小化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中，以至少部分地形成终止结构。在终止区中，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)，或者在一些实施方式中可以是浮动的。虽然功率器件的击穿电压(例如，保持电压、电压额定值)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。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，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所需击穿电压的电压下延伸超过终止结构(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，并且因此将相关联的功率器件的击穿电压(保持电压)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，在终止区中)。例如，沟槽之间的间距(其导致台面宽度减小)和/或在其中限定了沟槽和台面的半导体区中的逆行掺杂可增加这样的电荷不平衡。使用逆行掺杂半导体材料(例如，外延硅层)导致相关联的台面在其上部部分中比在台面的底部处具有更低的掺杂。此外，具有倾斜侧壁的沟槽的形成会产生在其顶部处比在其底部处更窄的台面。台面的顶部与台面的底部之间的这种宽度变化可进一步增大从台面的上部到台面的下部的电荷不平衡。包括凹进(也可称为缩短或截断)沟槽屏蔽电极的终止结构(诸如本文所述的那些)的使用可补偿此类电荷不平衡并且增加可由终止区维持的电(耗尽)场电势，这可防止耗尽场延伸超过终止沟槽并引起在低于相关联的功率器件的所需击穿电压时发生击穿过程。图1是根据一个实施方式的示意图，示出了用于功率半导体器件的示例性终止结构100的平面图。图1示出了终止结构100的可用于包括功率器件(诸如屏蔽栅极MOSFET)的半导体管芯中的仅一部分。如图1所示，终止本文档来自技高网...

【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；限定在所述半导体区中的第一沟槽屏蔽电极，所述第一沟槽屏蔽电极沿着纵向轴线延伸，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，所述第一沟槽屏蔽电极的所述第二部分沿着所述纵向轴线从所述有源区延伸第一距离进入所述终止区；限定在所述半导体区中的第二沟槽屏蔽电极，所述第二沟槽屏蔽电极沿着所述纵向轴线与所述第一沟槽屏蔽电极平行地延伸，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，所述第二沟槽屏蔽电极的所述第二部分沿着所述纵向轴线从所述有源区延伸所述第一距离进入所述终止区；以及限定在所述半导体区中的、所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极之间的第三沟槽屏蔽电极，所述第三沟槽屏蔽电极沿着所述纵向轴线与所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极平行地延伸，所述第三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，所述第三沟槽屏蔽电极的所述第二部分沿着所述纵向轴线从所述有源区延伸第二距离进入所述终止区，所述第二距离小于所述第一距离。

【技术特征摘要】
2017.06.30 US 15/639,9611.一种功率半导体器件，包括：具有有源区和终止区的半导体区；限定在所述半导体区中的第一沟槽屏蔽电极，所述第一沟槽屏蔽电极沿着纵向轴线延伸，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，所述第一沟槽屏蔽电极的所述第二部分沿着所述纵向轴线从所述有源区延伸第一距离进入所述终止区；限定在所述半导体区中的第二沟槽屏蔽电极，所述第二沟槽屏蔽电极沿着所述纵向轴线与所述第一沟槽屏蔽电极平行地延伸，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，所述第二沟槽屏蔽电极的所述第二部分沿着所述纵向轴线从所述有源区延伸所述第一距离进入所述终止区；以及限定在所述半导体区中的、所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极之间的第三沟槽屏蔽电极，所述第三沟槽屏蔽电极沿着所述纵向轴线与所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极平行地延伸，所述第三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，所述第三沟槽屏蔽电极的所述第二部分沿着所述纵向轴线从所述有源区延伸第二距离进入所述终止区，所述第二距离小于所述第一距离。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，还包括沿着所述纵向轴线延伸的延伸沟槽，所述延伸沟槽设置在所述终止区中、所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极之间，所述延伸沟槽从所述第三沟槽屏蔽电极的端部延伸，所述延伸沟槽中设置有电介质。3.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其中所述延伸沟槽是第一延伸沟槽，所述功率半导体器件还包括第二延伸沟槽，所述第二延伸沟槽沿着所述纵向轴线与所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极之间的所述第一延伸沟槽平行地延伸，所述第二延伸沟槽从所述第三沟槽屏蔽电极的所述端部延伸，所述第二延伸沟槽中设置有电介质。4.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其中所述延伸沟槽具有：沿着正交于所述纵向轴线的水平轴线的宽度，所述宽度小于所述第三沟槽屏蔽电极沿着所述水平轴线的宽度；以及沿着正交于所述纵向轴线和所述水平轴线的竖直轴线的深度，所述深度小于所述第三沟槽屏蔽电极沿着所述竖直轴线的深度。5.根据权利要求1所述的功率半导体器件，还包括延伸沟槽，所述延伸沟槽包括：沿着所述纵向轴线延伸的第一延伸沟槽部分，所述第一延伸沟槽部分设置在所述终止区中、所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极之间，所述第一延伸沟槽部分从所述第三沟槽屏蔽电极的端部延伸，所述第一延伸沟槽部分中设置有电介质；以及沿着所述纵向轴线延伸的第二延伸沟槽部分，所述第二延伸沟槽部分设置在所述终止区中、所述第一沟槽屏蔽电极和所述第二沟槽屏蔽电极之间，所述第二延伸沟槽部分从所述第一延伸沟槽部分的端部延伸，所述第二延伸沟槽部分是电介质填充的或者设置有浮动导电电极。6.根据权利要求5所述的功率半导体器件，其中：所述第一延伸沟槽部分具有：沿着正交于所述纵向轴线的水平轴线的宽度，所述宽度小于所述第三沟槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小利，约瑟夫·叶季纳科，
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