具有完全耗尽的沟道区域的功率半导体器件制造技术

本申请涉及具有完全耗尽的沟道区域的功率半导体器件。其包括：半导体主体，耦合到第一和第二负载端子结构并传导负载电流；第一和第二单元，均在一侧上电连接到第一负载端子结构并在另一侧上电连接到半导体主体的漂移区域，漂移区域具有第一导电类型；第一单元中的第一台面，包括具有第一导电类型并且电连接到第一负载端子结构的第一端口区域和耦合到漂移区域的第一沟道区域；第二单元中的第二台面，包括具有第二导电类型并且电连接到第一负载端子结构的第二端口区域和耦合到漂移区域的第二沟道区域；在与相应台面内负载电流的方向垂直的方向上，第一和第二台面中的每一个被绝缘结构在空间上限制，并且在该方向上呈现小于100nm的总延伸。

【技术实现步骤摘要】
具有完全耗尽的沟道区域的功率半导体器件
本说明书涉及功率半导体器件的实施例。具体而言，本说明书涉及具有多个第一和第二单元的功率半导体器件的实施例，每个单元具有在各自台面中的沟道区域，其中控制电极结构和与控制电极结构绝缘的引导电极均被提供。
技术介绍
诸如转换电能和驱动电动机或电机器之类的汽车、消费和工业应用中的现代设备的许多功能依赖于半导体器件。例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和二极管等等已被用于包括但不限于电源和功率转换器中的开关的各种应用。一个一般的目的是将半导体器件处发生的损耗保持为低，其中所述损耗基本上是由传导损耗和/或开关损耗引起的。例如，功率半导体器件包括多个MOS控制头，其中每个控制头可以具有至少一个控制电极以及与其相邻布置的沟道区域和源极区域。为了将功率半导体器件设置为传导状态，可以向控制电极提供具有在第一范围内的电压的控制信号，以便在沟道区域内引发负载电流路径，在传导状态期间可以传导正向方向中的负载电流。为了将功率半导体器件设置为阻塞状态，可以向控制电极提供具有与所述第一范围不同的第二范围内的电压的控制信号，以切断沟道区域中的负载电流路径，在阻塞状态期间可以阻塞施加到半导体器件的负载端子的正向电压，并且阻止正向方向中的负载电流的流动。然后，正向电压可以在由功率半导体器件的沟道区域和漂移区域之间的过渡形成的结处引发耗尽区域，其中耗尽区域也被称为“空间电荷区域”，并且可以主要地扩展到半导体器件的漂移区域中。在这种上下文下，沟道区域时常也被称为“体区域”，在其中所述负载电流路径(例如，反向沟道)可以由控制信号引发以将半导体器件设置在传导状态中。在沟道区域中没有负载电流路径的情况下，沟道区域可以与漂移区域形成阻塞结。从阻塞状态到传导状态或反之亦然的不受控制的变化会导致功率半导体器件和/或它可以连接到的负载的显著损坏。
技术实现思路
根据实施例，功率半导体器件包括：被耦合到第一负载端子结构和第二负载端子结构并且被配置为传导负载电流的半导体主体；第一单元和第二单元，其每一个在一侧上电连接到第一负载端子结构并且在另一侧上电连接到半导体主体的漂移区域，所述漂移区域具有第一导电类型；包括在第一单元中的第一台面，第一台面包括：具有第一导电类型并且电连接到第一负载端子结构的第一端口区域，以及耦合到漂移区域的第一沟道区域；包括在第二单元中的第二台面，第二台面包括：具有第二导电类型并且电连接到第一负载端子结构的第二端口区域，以及耦合到漂移区域的第二沟道区域；第一台面和第二台面在与相应台面内的负载电流的方向垂直的方向上被绝缘结构在空间上限制，并且在所述方向上呈现小于100nm的总延伸。绝缘结构容纳：用于控制第一台面和第二台面内的负载电流的控制电极结构，该控制电极结构与第一负载端子结构电绝缘；以及与所述控制电极结构电绝缘并且布置在所述第一台面和所述第二台面之间的引导电极。在阅读以下详细描述后以及在查看附图后，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。附图说明附图中的各部分不一定是按比例的，而重点在于图示本专利技术的原理。此外，在附图中，相同的参考标记表示相应的部分。在附图中：图1A-图1B各自示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的水平投影的部分；图2A-图2B各自示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；图3A-图3B各自示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；图4示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的半导体主体中的电荷载流子浓度的分布；图5A示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；图5B-图5C各自示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的水平投影的部分；图6示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；图7示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；图8示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；图9示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；图10示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；图11示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；图12示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；和图13示意性地图示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分。具体实施方式在下面的详细描述中，对形成其一部分的附图进行参考，并且在其中通过图示的方式示出了在其中可以实践本专利技术的具体实施例。在这方面，诸如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“背部”、“头部”、“尾部”、“下方”、“上方”等等可以参考所描述的图的朝向而被使用。因为实施例的各部分可以被定位在多个不同的朝向中，所以使用方向术语以用于说明的目的，但不是进行限制。应当理解，在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，不是在限制性的意义上进行以下详细描述，并且本专利技术的范围由所附权利要求来限定。现在将详细参考各种实施例，附图中图示出了其中的一个或多个示例。每个示例以解释的方式被提供，并且不意味着对本专利技术的限制。例如，作为一个实施例的一部分而被图示出或描述的特征可以在其他实施例上或与其他实施例结合使用以产生另一实施例。本专利技术旨在包括这些修改和变型。使用特定语言来描述示例，这些语言不应被解释为限制所附权利要求的范围。附图没有按比例绘制并且仅用于说明的目的。为了清楚起见，如果没有另外说明，则相同的元件或制造步骤在不同的附图中由相同的参考标记来指明。在本说明书中使用的术语“水平”可以描述与诸如下面提及的半导体主体之类的半导体区域的或半导体衬底的水平表面基本上平行的朝向。这可以是例如半导体晶片或裸片的表面。例如，下面提及的第一横向方向X和第二横向方向Y都可以是水平方向，其中第一横向方向X和第二横向方向Y可以彼此垂直。本说明书中使用的术语“垂直”可以描述基本上垂直于水平表面布置的朝向，即平行于半导体晶片的表面的法线方向。例如，下面提及的延伸方向Z可以是垂直于第一横向方向X和第二横向方向Y两者的垂直方向。然而，应当理解，下面描述的功率半导体器件的实施例可以呈现横向配置或垂直配置。在第一情况中，延伸方向Z实际上可以是横向方向而不是垂直方向，并且第一横向方向X和第二横向方向Y中的至少一个实际上可以是垂直方向。在本说明书中，n掺杂被称为“第一导电类型”，而p掺杂被称为“第二导电类型”。可替代地，可以采用相反的掺杂关系，使得第一导电类型可以是p掺杂，并且第二导电类型可以是n掺杂。此外，在本说明书中，术语“掺杂剂浓度”可以是指平均掺杂剂浓度或分别指特定半导体区域或半导体区的平均掺杂剂浓度或方块电荷载流子浓度。因此，例如，声称特定半导体区域呈现出与另一半导体区域的掺杂剂浓度相比而言更高或更低的特定掺杂剂浓度的声明可以指示半导体区域的相应平均掺杂剂浓度彼此不同。在本说明书的上下文中，术语“欧姆接触”、“电接触”、“欧姆连接”和“电连接”旨在描述半导体器件的两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体器件(1)，包括：‑半导体主体(10)，被耦合到第一负载端子结构(11)和第二负载端子结构(12)并且被配置为传导负载电流(15)；‑第一单元(141)和第二单元(142)，其每一个在一侧上电连接到所述第一负载端子结构(11)并在另一侧上电连接到所述半导体主体(10)的漂移区域(100)，所述漂移区域(100)具有第一导电类型；‑包括在所述第一单元(141)中的第一台面(101)，所述第一台面(101)包括：具有所述第一导电类型并且被电连接到所述第一负载端子结构(11)的第一端口区域(1011)，和被耦合到所述漂移区域(100)的第一沟道区域(1012)；‑包括在所述第二单元(142)中的第二台面(102)，所述第二台面(102)包括：具有第二导电类型并且被电连接到所述第一负载端子结构(11)的第二端口区域(1021)，和被耦合到所述漂移区域(100)的第二沟道区域(1022)；‑在与相应台面(101、102)内的所述负载电流(15)的方向(Z)垂直的方向(X)上，所述第一台面(101)和所述第二台面(102)中的每一个被绝缘结构(133)在空间上限制，并且在所述方向(X)上呈现小于100nm的总延伸(DX13；DX23)；其中所述绝缘结构(133)容纳：‑控制电极结构(131、132)，用于控制所述第一台面(101)和所述第二台面(102)内的所述负载电流(15)，所述控制电极结构(131、132)与所述第一负载端子结构(11)电绝缘；和‑引导电极(134)，与所述控制电极结构(131、132)电绝缘且被布置在所述第一台面(101)和所述第二台面(102)之间。...

【技术特征摘要】
2016.06.30 DE 102016112020.01.一种功率半导体器件(1)，包括：-半导体主体(10)，被耦合到第一负载端子结构(11)和第二负载端子结构(12)并且被配置为传导负载电流(15)；-第一单元(141)和第二单元(142)，其每一个在一侧上电连接到所述第一负载端子结构(11)并在另一侧上电连接到所述半导体主体(10)的漂移区域(100)，所述漂移区域(100)具有第一导电类型；-包括在所述第一单元(141)中的第一台面(101)，所述第一台面(101)包括：具有所述第一导电类型并且被电连接到所述第一负载端子结构(11)的第一端口区域(1011)，和被耦合到所述漂移区域(100)的第一沟道区域(1012)；-包括在所述第二单元(142)中的第二台面(102)，所述第二台面(102)包括：具有第二导电类型并且被电连接到所述第一负载端子结构(11)的第二端口区域(1021)，和被耦合到所述漂移区域(100)的第二沟道区域(1022)；-在与相应台面(101、102)内的所述负载电流(15)的方向(Z)垂直的方向(X)上，所述第一台面(101)和所述第二台面(102)中的每一个被绝缘结构(133)在空间上限制，并且在所述方向(X)上呈现小于100nm的总延伸(DX13；DX23)；其中所述绝缘结构(133)容纳：-控制电极结构(131、132)，用于控制所述第一台面(101)和所述第二台面(102)内的所述负载电流(15)，所述控制电极结构(131、132)与所述第一负载端子结构(11)电绝缘；和-引导电极(134)，与所述控制电极结构(131、132)电绝缘且被布置在所述第一台面(101)和所述第二台面(102)之间。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件(1)，其中，所述引导电极(134)被电连接到所述第一负载端子结构(11)。3.根据权利要求1所述的功率半导体器件(1)，其中，所述引导电极(134)被电连接到所述第二沟道区域(1022)。4.根据前述权利要求之一所述的功率半导体器件(1)，其中，所述引导电极(134)呈现大于所述控制电极结构(131、132)的横向表面面积(137)的横向表面面积(1347)。5.根据前述权利要求之一所述的功率半导体器件(1)，其中，所述控制电极结构(131、132)被配置为在所述第一沟道区域(1012)内引发反向沟道并且在所述第二沟道区域(1022)内引发累积沟道。6.根据前述权利要求之一所述的功率半导体器件(1)，其中，所述第一台面(101)和所述第二台面(102)之间的距离合计为间距宽度(p)，并且其中所述引导电极(134)至少沿着所述间距宽度(p)的70％延伸。7.根据权利要求6所述的功率半导体器件(1)，其中，所述间距宽度(p)在300nm至20μm的范围内。8.根据前述权利要求之一所述的功率半导体器件(1)，其中，所述控制电极结构(131、132)沿着延伸方向(Z)平行于所述第一台面(101)和第二台面(102)中的每一个而延伸，并且沿着所述延伸方向(Z)而与所述第一沟道区域(1012)和所述第二沟道区域(1022)中的每一个完全重叠。9.根据前述权利要求之一所述的功率半导体器件(1)，其中，与所述控制电极结构(131、132)相比，所述引导电极(134)在所述绝缘结构(133)内沿着延伸方向(Z)进一步延伸。10.根据前述权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·毛德，FJ·涅德诺斯塞德，C·P·桑道，
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