具有减小的带隙区的半导体器件制造技术

涉及具有减小的带隙区的半导体器件，包括：源极区域，电连接至第一负载端子；漂移区域，含第一带隙的第一半导体材料，具有第一导电类型的掺杂物且承载第一负载端子与第二负载端子之间的负载电流的至少部分。还包括半导体本体区域，其具有与第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂物且电连接至第一负载端子，本体区域和漂移区域之间的过渡形成pn结，pn结阻挡施加在第一与第二负载端子之间的电压。本体区域隔离源极区域与漂移区域并含减小的带隙区，该带隙区包括小于第一带隙的第二带隙的第二半导体材料，布置在本体区域中使得与源极区域在沿垂直方向的截面中呈现沿第一横向方向的公共横向延伸范围和沿垂直方向的公共垂直延伸范围中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】

本说明书涉及半导体器件以及半导体器件处理方法的实施例。具体地，本说明书涉及呈现半导体本体区域内减小的带隙区、包括减少的带隙材料的源极区或者包括减少的带隙材料的发射极区的半导体器件的实施例。
技术介绍
现代器件在汽车、消费和工业应用中的许多功能(诸如转换电能以及驱动电动机或电机)依赖于半导体器件。例如，仅举一些实例，绝缘栅型双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和二极管被用于各种应用，包括但不限于电源和功率转换器中的开关。在这种半导体器件的设计中，需要同时考虑多个方面。例如，通常期望在IGBT的小沟道电阻、小短路电流、特定的目标注入特性和电流切断能力之间找到最佳平衡。传统地，这种优化问题通过创建例如与功率晶体管(诸如IGBT)的MOS控制头内的本体区域、抗闩锁(anti-latchup)区和源极区域相对应的多个不同掺杂分布的叠加来解决。然而，由于不同掺杂分布之间的相互作用，通常不可以相对于对应半导体区域的特性优化一个分布，而不会不利地影响另一半导体区域的特性。例如，所述源极区域的增加的掺杂水平会由于对应掺杂分布的干扰而产生不期望的抗闩锁电阻的增加。
技术实现思路
根据一个实施例，提供了一种半导体器件。该半导体器件包括：源极区域，电连接至半导体器件的第一负载端子；以及漂移区域，包括具有第一带隙的第一半导体材料，漂移区域具有第一导电类型的掺杂物并且被配置为承载半导体器件的第一负载端子与第二负载端子之间的负载电流的至少一部分。该半导体器件还包括半导体本体区域，该半导体本体区域具有与第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂物并且电连接至第一负载端子，半导体本体区域和漂移区域之间的过渡形成pn结，其中pn结被配置为阻挡被施加在第一负载端子与第二负载端子之间的电压。半导体本体区域隔离源极区域与漂移区域，并且包括减小的带隙区，减小的带隙区包括具有比第一带隙小的第二带隙的第二半导体材料，其中减小的带隙区和源极区域在沿着垂直方向的截面中呈现沿着第一横向方向的公共横向延伸范围(LR)和沿着垂直方向的公共垂直延伸范围中的至少一个。第一负载端子包括被布置为与源极区域和减小的带隙区中的每一个接触的接触金属。半导体本体区域还包括抗闩锁区，抗闩锁区被布置为与源极区域和接触金属接触，并且呈现比抗闩锁区外的半导体本体区域高的导电性，其中抗闩锁区和减小的带隙区呈现公共重叠区域。根据又一实施例，一种半导体器件包括：源极区域，电连接至半导体器件的第一负载端子；漂移区域，包括具有第一带隙的第一半导体材料，漂移区域具有第一导电类型的掺杂物并且被配置为承载半导体器件的第一负载端子与第二负载端子之间的负载电流的至少一部分。该半导体器件还包括半导体本体区域，该半导体本体区域具有与第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂物，并且电连接至第一负载端子，半导体本体区域与漂移区域之间的过渡形成pn结，其中pn结被配置为阻挡被施加在第一负载端子与第二负载端子之间的电压。半导体本体区域隔离源极区域与漂移区域，并且包括减小的带隙区，减小的带隙区包括具有比第一带隙小的第二带隙的第二半导体材料，其中减小的带隙区和源极区域在沿着垂直方向的截面中呈现沿着第一横向方向的公共横向延伸范围和沿着垂直方向的公共垂直延伸范围中的至少一个。该半导体器件还包括沿着垂直方向延伸到半导体本体中的第一栅极沟槽和第二栅极沟槽，半导体本体区域被布置在第一栅极沟槽与第二栅极沟槽之间，其中减小的带隙区沿着第一横向方向延伸第一栅极沟槽与第二栅极沟槽之间的水平距离的至少20％。根据又一实施例，提供了又一半导体器件。该又一导体器件包括耦合至半导体器件的第一负载端子和第二负载端子的半导体本体，其中半导体本体包括：第一半导体层，包括具有第一带隙的第一半导体材料，第一半导体层被配置为承载第一负载端子和第二负载端子之间的负载电流的至少一部分；以及发射极层，与第一半导体层接触并且被配置为将电荷载流子注入到第一半导体层中，其中发射极层包括至少一个第一发射极区和被布置为与第一发射极区横向相邻的至少一个第二发射极区，第一发射极区包括第一半导体材料，第二发射极区包括具有比第一带隙小的第二带隙的第二半导体材料。该半导体器件还包括与第一负载端子和第二负载端子中的一个电连接并且被布置为与发射极层接触的金属层，金属层与第一发射极区之间的过渡形成呈现第一接触电阻的第一半导体-金属过渡，并且金属层与第二发射极区之间的过渡形成呈现比第一接触电阻小的第二接触电阻的第二半导体-金属过渡。根据另一实施例，提供了一种处理半导体器件的方法。该方法包括：提供半导体本体和在半导体本体中形成漂移区域，漂移区域包括具有第一带隙的第一半导体材料并具有第一导电类型的掺杂物；以及在半导体本体中在所述漂移区域的顶部上创建具有第二导电类型的掺杂物的半导体本体区域以及具有第一导电类型的掺杂物的源极区域，使得所述半导体本体区域隔离源极区域与漂移区域。创建半导体本体区域包括：在半导体本体区域中创建减小的带隙区，减小的带隙区包括具有比第一带隙小的第二带隙的第二半导体材料；以及在半导体本体区域内布置减小的带隙区，使得减小的带隙区和源极区域在沿着垂直方向的截面中呈现沿着第一横向方向的公共横向延伸范围和沿着垂直方向的公共垂直延伸范围中的至少一个。根据另一实施例，提供了一种处理半导体器件的又一方法。该又一方法包括：提供半导体本体以及在半导体本体中形成漂移区域，漂移区域包括具有第一带隙的第一半导体材料并具有第一导电类型的掺杂物；以及在半导体本体中在漂移区域的顶部上创建具有第二导电类型的掺杂物的半导体本体区域以及具有第一导电类型的掺杂物的源极区域，使得半导体本体区域隔离源极区域与漂移区域。创建源极区域包括：在源极区域内创建包括第一半导体材料的至少一个第一源极区；以及形成与第一源极区相邻的至少一个第二源极区，其中第二源极区包括具有比第一带隙小的第二带隙的第二半导体材料。根据又一实施例，提供一种处理半导体器件的又一方法。该方法包括：提供半导体本体以及在半导体本体中形成包括具有第一带隙的第一半导体材料的第一半导体层以及位于第一半导体层的顶部上的发射极层，使得发射极层被配置为将电荷载流子注入到第一半导体层中。创建发射极层包括：在发射极层内创建包括第一半导体材料的至少一个第一发射极区；以及与第一发射极区横向相邻地布置至少一个第二发射极区，其中至少一个第二发射极区包括具有比第一带隙小的第二带隙的第二半导体材料。本领域技术人员将在阅读以下详细说明以及查看附图的基础上意识到附加特征和优势。附图说明附图中的部分没有必要按比例绘制，而是主要强调本专利技术的原理。此外，在附图中，相似的参考标号表示对应的部分。在附图中：图1示意性示出了根据一个或多个实施例的具有本体区域的半导体器件的垂直截面的部分；图2A示意性示出了根据一个或多个实施例的具有本体区域的半导体器件的垂直截面的部分；图2B示意性示出了根据一个或多个实施例的具有本体区域的半导体器件的垂直截面的部分；图2C示意性示出了根据一个或多个实施例的具有本体区域的半导体器件的垂直截面的部分；图2D示意性示出了根据一个或多个实施例的具有本体区域的半导体器件的垂直截面的部分；图2E示意性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件(1)，包括：源极区域(104)，电连接至所述半导体器件(1)的第一负载端子(E)；漂移区域(101)，包括具有第一带隙的第一半导体材料(M1)，所述漂移区域(101)具有第一导电类型的掺杂物并且被配置为承载所述半导体器件(1)的所述第一负载端子(E)与第二负载端子(C)之间的负载电流的至少一部分；以及半导体本体区域(102)，具有与所述第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂物并且电连接至所述第一负载端子(E)，所述半导体本体区域(102)和所述漂移区域(101)之间的过渡形成pn结(103)，所述pn结被配置为阻挡被施加在所述第一负载端子(E)与所述第二负载端子(C)之间的电压，其中所述半导体本体区域(102)隔离所述源极区域(104)与所述漂移区域(101)，并且包括减小的带隙区(102‑2)，所述减小的带隙区包括具有小于所述第一带隙的第二带隙的第二半导体材料(M2)，其中所述减小的带隙区(102‑2)和所述源极区域(104)在沿着垂直方向(Z)的截面中呈现沿着第一横向方向(X)的公共横向延伸范围(LR)和沿着所述垂直方向(Z)的公共垂直延伸范围(VR)中的至少一个；所述第一负载端子(E)包括被布置为与所述源极区域(104)和所述减小的带隙区(102‑2)中的每一个接触的接触金属(3)；以及所述半导体本体区域(102)还包括抗闩锁区(102‑1)，所述抗闩锁区(102‑1)被布置为与所述源极区域(104)和所述接触金属(3)接触，并且呈现比所述抗闩锁区(102‑1)外的所述半导体本体区域(102)高的导电性，其中所述抗闩锁区(102‑1)和所述减小的带隙区(102‑2)呈现公共重叠区域(102‑5)。...

【技术特征摘要】
2015.07.20 DE 102015213630.21.一种半导体器件(1)，包括：源极区域(104)，电连接至所述半导体器件(1)的第一负载端子(E)；漂移区域(101)，包括具有第一带隙的第一半导体材料(M1)，所述漂移区域(101)具有第一导电类型的掺杂物并且被配置为承载所述半导体器件(1)的所述第一负载端子(E)与第二负载端子(C)之间的负载电流的至少一部分；以及半导体本体区域(102)，具有与所述第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂物并且电连接至所述第一负载端子(E)，所述半导体本体区域(102)和所述漂移区域(101)之间的过渡形成pn结(103)，所述pn结被配置为阻挡被施加在所述第一负载端子(E)与所述第二负载端子(C)之间的电压，其中所述半导体本体区域(102)隔离所述源极区域(104)与所述漂移区域(101)，并且包括减小的带隙区(102-2)，所述减小的带隙区包括具有小于所述第一带隙的第二带隙的第二半导体材料(M2)，其中所述减小的带隙区(102-2)和所述源极区域(104)在沿着垂直方向(Z)的截面中呈现沿着第一横向方向(X)的公共横向延伸范围(LR)和沿着所述垂直方向(Z)的公共垂直延伸范围(VR)中的至少一个；所述第一负载端子(E)包括被布置为与所述源极区域(104)和所述减小的带隙区(102-2)中的每一个接触的接触金属(3)；以及所述半导体本体区域(102)还包括抗闩锁区(102-1)，所述抗闩锁区(102-1)被布置为与所述源极区域(104)和所述接触金属(3)接触，并且呈现比所述抗闩锁区(102-1)外的所述半导体本体区域(102)高的导电性，其中所述抗闩锁区(102-1)和所述减小的带隙区(102-2)呈现公共重叠区域(102-5)。2.一种半导体器件(1)，包括：源极区域(104)，电连接至所述半导体器件(1)的第一负载端子(E)；漂移区域(101)，包括具有第一带隙的第一半导体材料(M1)，所述漂移区域(101)具有第一导电类型的掺杂物并且被配置为承载所述半导体器件(1)的所述第一负载端子(E)与第二负载端子(C)之间的负载电流的至少一部分；以及半导体本体区域(102)，具有与所述第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂物，并且电连接至所述第一负载端子(E)，所述半导体本体区域(102)与所述漂移区域(101)之间的过渡形成pn结(103)，所述pn结(103)被配置为阻挡被施加在所述第一负载端子(E)与所述第二负载端子(C)之间的电压，其中所述半导体本体区域(102)隔离所述源极区域(104)与所述漂移区域(101)，并且包括减小的带隙区(102-2)，所述减小的带隙区(102-2)包括具有小于所述第一带隙的第二带隙的第二半导体材料(M2)，其中所述减小的带隙区(102-2)和所述源极区域(104)在沿着垂直方向(Z)的截面中呈现沿着第一横向方向(X)的公共横向延伸范围(LR)和沿着所述垂直方向的公共垂直延伸范围(VR)中的至少一个；所述半导体器件(1)还包括沿着所述垂直方向(Z)延伸到所述半导体本体(10)中的第一栅极沟槽(105-1)和第二栅极沟槽(105-1、105-2)，所述半导体本体区域(102)被布置在所述第一栅极沟槽(105-1)与所述第二栅极沟槽(105-2)之间，其中所述减小的带隙区(102-2)沿着所述第一横向方向(X)延伸所述第一栅极沟槽(105-1)与所述第二栅极沟槽(105-2)之间的水平距离(D)的至少20％。3.根据权利要求2所述的半导体器件(1)，其中所述第一负载端子(E)包括被布置为与所述源极区域(104)和所述减小的带隙区(102-2)中的每一个接触的接触金属(3)。4.根据权利要求3所述的半导体器件(1)，其中所述半导体本体区域(102)还包括抗闩锁区(102-1)，所述抗闩锁区(102-1)被布置为与所述源极区域(104)和所述接触金属(3)接触，并且呈现比所述抗闩锁区(102-1)外的所述半导体本体区域(102)高的导电性，其中所述抗闩锁区(102-1)和所述减小的带隙区(102-2)呈现公共重叠区域(102-5)。5.根据权利要求1所述的半导体器件(1)，还包括绝缘体(50)和栅电极(5)，所述栅电极(5)通过所述绝缘体(50)与所述源极区域(104)、所述半导体本体区域(102)和所述漂移区域(101)电绝缘，并且被配置为在所述半导体本体区域(102)的沟道区域(102-4)中引入反型沟道，所述沟道区域(102-4)沿着所述绝缘体(50)从所述源极区域(104)延伸穿过所述半导体本体区域(102)到所述漂移区域(101)。6.根据权利要求5所述的半导体器件(1)，其中所述减小的带隙区(102-2)延伸到所述沟道区域(102-4)中。7.根据权利要求6所述的半导体器件(1)，其中所述重叠区域(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：HJ·舒尔策，H·许斯肯，FJ·涅德诺斯塞德，F·D·普菲尔施，R·罗思，C·P·桑道，C·沙菲尔，S·福斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE