具有完全耗尽沟道区域的功率半导体器件制造技术

本公开涉及具有完全耗尽沟道区域的功率半导体器件，包括：半导体本体，耦合至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；第一单元和第二单元，每一个都被配置用于控制负载电流，并且每一个都在一侧电连接至第一负载端子结构以及在另一侧电连接至半导体本体的漂移区域，漂移区域具有第一导电类型；第一台面，包括在第一单元中，第一台面包括第一端口区域和第一沟道区域，第一端口区域具有第一导电类型且电连接至第一负载端子结构，第一沟道区域耦合至漂移区域；第二台面，包括在第二单元中，第二台面包括第二端口区域和第二沟道区域，第二端口区域具有第二导电类型且电连接至第一负载端子结构，第二沟道区域耦合至漂移区域。

【技术实现步骤摘要】
具有完全耗尽沟道区域的功率半导体器件
本申请涉及一种功率半导体器件的实施例以及一种操作功率半导体器件的方法的实施例。具体地，本申请涉及具有至少两个沟道区域的功率半导体器件的实施例以及对应的操作方法，其中至少两个沟道区域具有不同的截止电压。
技术介绍
汽车、消费和工业应用中的现代设备的许多功能(诸如转换电能和驱动电机或电子机器)依赖于半导体器件。例如仅举几例，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)和二极管已经被用于各种应用，包括但不限于电源和功率转换器中的开关。一般地，人们希望将半导体器件处发生的损失保持到较低，其中，该损失主要是通过传导损失和/或切换损失引起的。例如，功率半导体器件包括多个MOS控制头，其中每个控制头都可以具有至少一个控制电极以及与其相邻的源极区域和沟道区域。为了将功率半导体器件设置为传导状态(期间可以传导正向上的负载电流)，控制电极可以设置有控制信号，该控制信号具有第一范围内的电压以引导出沟道区域内的负载电流路径。为了将功率半导体器件设置为阻挡状态(期间施加给半导体器件的负载端子的正向电压可以被阻挡并且禁止正向上的负载电流的流动)，控制电极可以设置有控制信号，该控制信号具有不同于第一范围的第二范围内的电压以切断沟道区域中的负载电流路径。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导出耗尽区域，其中耗尽区域也称为“空间电荷区域”并且可以主要扩散到半导体器件的漂移区域中。在这种情况下，沟道区域也被频繁地称为“本体区域”，其中该负载电流路径(例如，反型沟道)可以被控制信号引导出以将半导体器件设置为传导状态。在沟道区域中不具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挡结。为了将半导体器件的损失保持得较低，需要以适当地方式控制功率半导体器件的半导体本体内的载流子密度。
技术实现思路
根据一个实施例，一种功率半导体器件包括：半导体本体，耦合至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；第一单元和第二单元，每个单元均被配置用于控制负载电流，并且每个单元均在一侧电连接至第一负载端子结构且在另一侧电连接至半导体本体的漂移区域，漂移区域具有第一导电类型；第一台面，包括在第一单元中，第一台面包括：第一端口区域，具有第一导电类型且电连接至第一负载端子结构；和第一沟道区域，耦合至漂移区域；第二台面，包括在第二单元中，第二台面包括：第二端口区域，具有第二导电类型且电连接至第一负载端子结构；和第二沟道区域，耦合至漂移区域；第一台面和第二台面中的每个台面均在与相应台面内的负载电流的方向垂直的方向上通过绝缘结构而在空间上进行限定，并且在所述方向上表现出小于100nm的总延伸。第一单元可以被配置为在第一沟道区域内引导出反型沟道，并且第二单元可以被配置为在第二沟道区域内引导出累积沟道，累积沟道的截止电压大于反型沟道的截止电压。根据又一实施例，提供了一种操作功率半导体器件的方法，其中，功率半导体器件包括：半导体本体，耦合至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；第一单元和第二单元，每个单元均被配置用于控制负载电流，并且每个单元均在一侧电连接至第一负载端子结构且在另一侧电连接至半导体本体的漂移区域，漂移区域具有第一导电类型；第一台面，包括在第一单元中，第一台面包括：第一端口区域，具有第一导电类型且电连接至第一负载端子结构；和第一沟道区域，耦合至漂移区域；第二台面，包括在第二单元中，第二台面包括：第二端口区域，具有第二导电类型且电连接至第一负载端子结构；和第二沟道区域，耦合至漂移区域；第一台面和第二台面中的每个台面均在与相应台面内的负载电流的方向垂直的方向上通过绝缘结构而在空间上进行限定，并且在所述方向上表现出小于100nm的总延伸；至少一个控制电极，用于分别在第一沟道区域内引导出反型沟道以及在第二沟道区域内引导出累积沟道。该方法可以包括：通过向至少一个控制电极提供控制信号来在传导状态中操作功率半导体器件，该控制信号具有第一范围内的电压；通过提供具有不同于第一范围的第二范围内的电压的控制信号来在阻挡状态中操作功率半导体器件；以及通过将控制信号的电压从第一范围改变为第二范围来将功率半导体器件从传导状态切换为阻挡状态，所述改变包括：在保持时间周期内保持电压处于第三范围内的中间电平，以便同时在第一沟道区域内提供反型沟道以及在第二沟道区域内提供累积沟道。本领域技术人员在阅读以下详细说明并查看附图之后将意识到附加特征和优势。附图说明附图中的部件不需要按比例绘制，而是将重点放在示出本专利技术的原理上。此外，在附图中，类似的参考标号表示对应的部分。在附图中：图1A和图1B均示意性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和图2B均示意性示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直截面的部分；图3A和图3B均示意性示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直截面的部分；图4示意性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本体中的载流子浓度的分布；图5A示意性示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直截面的部分；图5B和图5C均示意性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示意性示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直截面的部分；图7示意性示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直截面的部分；图8示意性示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直截面的部分；图9示意性示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直截面的部分；图10示意性示出了根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直截面的部分；以及图11示意性示出了根据一个或多个实施例的提供给功率半导体器件的控制信号的电压的示例性过程。具体实施方式在以下详细描述中，参照形成说明书的一部分且通过示出可实践本专利技术的具体实施例的附图。关于这点，诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“背部”、“头部”、“尾部”、“下方”、“上方”等的方向性术语可参照被描述的附图的定向来使用。由于实施例的部件可以在多个不同的定向来定位，所以方向性术语用于说明的目的而不用于限制。应理解，在不背离本专利技术的范围的情况下可以使用其他实施例并且可以进行结构或逻辑改变。因此，以下详细说明不是限制的目的，并且本专利技术的范围通过所附权利要求来限定。现在将详细参照各个实施例，在附图中示出了一个或多个示例。每个示例都通过说明来提供，并且不用于限制本专利技术。例如，被示出或描述为一个实施例的一部分的特征可用于其他实施例或者与其他实施例结合来得到又一实施例。本专利技术旨在包括这些修改和变形。使用不应解释为限制所附权利要求的范围的具体语言来描述示例。附图不按比例绘制并且仅用于说明的目的。为了简化，如果没有另外指示，在不同附图中通过相同的参考符号来指定相同的元件或制造步骤。本说明书中使用的术语“水平”可描述与半导体衬底或半导体区域(诸如下文提到的半导体本体)的水平面基本平行的定向。这例如可以是半导体晶圆或裸片的表面。例如，以下提到的第一横向X和第二横向Y可以是水平方向，其中第一横向X和第二横向Y可以相互垂直。本说明书中使用的术语“垂直”可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体器件(1)，包括：‑半导体本体(10)，耦合至第一负载端子结构(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)，每个单元均被配置用于控制所述负载电流(15)，并且每个单元均在一侧电连接至所述第一负载端子结构(11)且在另一侧电连接至所述半导体本体(10)的漂移区域(100)，所述漂移区域(100)具有第一导电类型；‑第一台面(101)，被包括在所述第一单元(141)中，所述第一台面(101)包括：第一端口区域(1011)，具有所述第一导电类型且电连接至所述第一负载端子结构(11)；和第一沟道区域(1012)，耦合至所述漂移区域(100)；‑第二台面(102)，被包括在所述第二单元(142)中，所述第二台面(102)包括：第二端口区域(1021)，具有第二导电类型且电连接至所述第一负载端子结构(11)；和第二沟道区域(1022)，耦合至所述漂移区域(100)；‑所述第一台面(101)和所述第二台面(102)中的每个台面均在与相应台面(101、102)内的所述负载电流(15)的方向(Z)垂直的方向(X)上通过绝缘结构(133)而在空间上进行限定，并且在所述方向(X)上表现出小于100nm的总延伸(DX13；DX23)；其中：‑所述第一单元(141)被配置为在所述第一沟道区域(1012)内引导出反型沟道，并且其中所述第二单元(142)被配置为在所述第二沟道区域(1022)内引导出累积沟道，所述累积沟道的截止电压大于所述反型沟道的截止电压。...

【技术特征摘要】
2016.06.30 DE 102016112017.01.一种功率半导体器件(1)，包括：-半导体本体(10)，耦合至第一负载端子结构(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)，每个单元均被配置用于控制所述负载电流(15)，并且每个单元均在一侧电连接至所述第一负载端子结构(11)且在另一侧电连接至所述半导体本体(10)的漂移区域(100)，所述漂移区域(100)具有第一导电类型；-第一台面(101)，被包括在所述第一单元(141)中，所述第一台面(101)包括：第一端口区域(1011)，具有所述第一导电类型且电连接至所述第一负载端子结构(11)；和第一沟道区域(1012)，耦合至所述漂移区域(100)；-第二台面(102)，被包括在所述第二单元(142)中，所述第二台面(102)包括：第二端口区域(1021)，具有第二导电类型且电连接至所述第一负载端子结构(11)；和第二沟道区域(1022)，耦合至所述漂移区域(100)；-所述第一台面(101)和所述第二台面(102)中的每个台面均在与相应台面(101、102)内的所述负载电流(15)的方向(Z)垂直的方向(X)上通过绝缘结构(133)而在空间上进行限定，并且在所述方向(X)上表现出小于100nm的总延伸(DX13；DX23)；其中：-所述第一单元(141)被配置为在所述第一沟道区域(1012)内引导出反型沟道，并且其中所述第二单元(142)被配置为在所述第二沟道区域(1022)内引导出累积沟道，所述累积沟道的截止电压大于所述反型沟道的截止电压。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件(1)，其中所述第一单元(141)包括被配置为引导出所述反型沟道的第一控制电极(131)，并且其中所述绝缘结构(133)将所述第一控制电极(131)与所述第一台面(101)绝缘。3.根据权利要求1或2所述的功率半导体器件(1)，其中所述第二单元(142)包括被配置为引导出所述累积沟道的第二控制电极(132)，并且其中所述绝缘结构(133)将所述第二控制电极(132)与所述第二台面(102)绝缘。4.根据权利要求2或3所述的功率半导体器件(1)，其中所述第一控制电极(131)表现出的功函不同于所述第二控制电极(132)的功函。5.根据权利要求2或4所述的功率半导体器件(1)，其中所述第一控制电极(131)表现出的功函大于所述第一沟道区域(1012)的功函。6.根据权利要求2、4或5所述的功率半导体器件(1)，其中所述第一控制电极(131)表现出至少为4.9eV的功函。7.根据权利要求2、4、5或6所述的功率半导体器件(1)，其中所述第一控制电极(131)包括具有所述第二导电类型的多晶半导体材料、金属硅化物、金属氮化物、镍、钯、铱、铂和金中的至少一种。8.根据权利要求3或4所述的功率半导体器件(1)，其中所述第二控制电极(132)表现出的功函小于所述第二沟道区域(1022)的功函。9.根据权利要求3、4或8所述的功率半导体器件(1)，其中所述第二控制电极(132)表现出小于4.5eV的功函。10.根据权利要求3、4、8或9所述的功率半导体器件(1)，其中所述第二控制电极(132)包括具有所述第一导电类型的多晶半导体材料、金属硅化物、金属氮化物、铝、钛、镁、钪、钇、铷、硒和锶中的至少一种。11.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体器件(1)，其中所述第一沟道区域(1012)和所述第二沟道区域(1022)中的每个沟道区域均表现出4.6eV至5.0eV的范围内的功函。12.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体器件(1)，其中所述第一沟道区域(1012)和所述第二沟道区域(1022)中的每个沟道区域均具有所述第二导电类型，并且其中所述第一沟道区域(1012)的掺杂浓度比所述第二沟道区域(1022)的掺杂浓度小，且倍数因子至少为2。13.根据权利要求2和3所述的功率半导体器件，其中使所述第一控制电极(131)与所述第一沟道区域(1012)绝缘的所述绝缘结构(133)的有效厚度(DX12、DX14)比使所述第二控制电极(132)与所述第二沟道区域(1022)绝缘的所述绝缘结构(133)的有效厚度(DX22、DX24)小，且倍数因子至少为20％。14.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体器件(1)，其中所述反型沟道的截止电压小于0.8V，并且其中所述累积沟道的截止电压大于1.0V。...

【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