包括边缘区域的半导体器件和制造半导体器件的方法技术

本发明专利技术涉及包括边缘区域的半导体器件和制造半导体器件的方法。一种半导体器件的半导体部分包括：半导体层，具有第一导电类型的漂移区和第二相反导电类型的至少一个杂质区。杂质区与元件区域中的半导体部分的第一表面邻接。连接层与第一表面相对地与半导体层直接邻接。在相对于第一表面的一定距离，过补偿区形成在包围元件区域的边缘区域中。过补偿区和连接层具有相反的导电类型。沿垂直于第一表面的方向，漂移区的一部分布置在第一表面和过补偿区之间。在局部高电流密度的情况下，过补偿区将局部抵消电场强度的进一步增加并且降低雪崩击穿的风险的电荷载流子注入到半导体层中。

Semiconductor device including edge region and method for manufacturing semiconductor device

The invention relates to a semiconductor device including an edge region and a method for manufacturing semiconductor devices. A semiconductor component of a semiconductor device consists of a semiconductor layer, a drift zone with a first conductive type and at least one impurity region of the second opposite conduction type. The impurity region is adjacent to the first surface of the semiconductor part in the element area. The connection layer is directly adjacent to the semiconductor layer relative to the first surface. Over a certain distance relative to the first surface, the over compensation area is formed in the edge region of the surrounding element area. The over compensation area and the connection layer have opposite conductivity types. Along the direction perpendicular to the first surface, a portion of the drift region is arranged between the first surface and the over compensation area. In the case of local high current density, the over compensation region inject the charge carrier into the semiconductor layer to further increase the intensity of the electric field and reduce the risk of avalanche breakdown.

【技术实现步骤摘要】
包括边缘区域的半导体器件和制造半导体器件的方法
技术介绍
功率半导体器件在功率电子电路中被用作用于接通和断开利用高电流提供的负载的开关。通常，功率半导体器件能够在导电模式下传送高电流并且在反向阻断和/或正向阻断模式下承受高阻断电压。边缘终止结构在阻断模式下使包围有源元件区域的边缘区域中的电场分布平滑，以使得边缘区域中的最大电场强度至少接近于元件区域中的最大电场强度。具有n型漂移层的半导体器件的边缘终止结构可包括布置在沟槽中的场电极以及位于沟槽正下方并且与沟槽邻接的p型区。p型区使边缘区域中的等势线的曲率平滑。希望提高半导体器件的可靠性。
技术实现思路
根据实施例，一种半导体器件的半导体部分包括：半导体层，具有第一导电类型的漂移区和第二导电类型的至少一个杂质区，第二导电类型是与第一导电类型相反的。杂质区与元件区域中的半导体部分的第一表面邻接。连接层与第一表面相对地与半导体层直接邻接。连接层中的平均杂质浓度是漂移区中的平均杂质浓度的至少十倍。过补偿区位于包围元件区域的边缘区域中。过补偿区和连接层具有相反的导电类型。沿垂直于第一表面的方向，漂移区的一部分布置在第一表面和过补偿区之间。另一实施例涉及一种具有半导体部分的功率场效应晶体管，所述半导体部分包括：半导体层，包括第一导电类型的漂移区。第二相反导电类型的至少一个杂质区与元件区域中的半导体部分的第一表面直接邻接。第一导电类型的连接层与第一表面相对地与半导体层直接邻接。连接层中的平均杂质浓度是漂移区中的平均杂质浓度的至少十倍。第二导电类型的过补偿区形成在包围元件区域的边缘区域中。沿垂直于第一表面的方向，漂移区的一部分布置在第一表面和过补偿区之间。一种功率绝缘栅双极晶体管的半导体部分包括：半导体层，具有第一导电类型的漂移区和第二导电类型的至少一个杂质区，第二导电类型是与第一导电类型相反的。杂质区与元件区域中的半导体部分的第一表面直接邻接。第二导电类型的连接层与第一表面相对地与半导体层直接邻接。连接层中的平均杂质浓度是漂移区中的平均杂质浓度的至少十倍。第二导电类型的过补偿区形成在包围元件区域的边缘区域中。沿垂直于第一表面的方向，漂移区的一部分布置在第一表面和过补偿区之间。另一实施例提供一种制造半导体器件的方法。提供包括第一导电类型的漂移区的半导体层，其中半导体层与连接层邻接。连接层中的平均杂质浓度是漂移区中的平均杂质浓度的至少十倍。在包围元件区域的边缘区域中提供与连接层的导电类型相反的导电类型的过补偿区，其中沿垂直于连接层和半导体层之间的分界面的方向，漂移区的一部分布置在第一表面和过补偿区之间。在元件区域中，提供第二导电类型的至少一个杂质区，第二导电类型与第一导电类型互补，所述至少一个杂质区与连接层相对地与半导体层的第一表面邻接。在阅读下面的详细描述时以及在观看附图时，本领域技术人员将会意识到另外的特征和优点。附图说明包括附图以提供对本专利技术的进一步的理解，并且附图被包括在说明书中并构成说明书的一部分。附图示出了本专利技术的实施例并与描述一起用于解释本专利技术的原理。本专利技术的其它实施例和预期优点将会容易理解，因为它们通过参照下面的详细描述而变得更好理解。附图的元件不必相对于彼此按照比例绘制。相同的标号表示对应的相似部分。图1A是根据本专利技术的实施例的在边缘区域中包括过补偿区的半导体器件的半导体部分的示意性剖视图。图1B是沿着线B-B获得的图1A的半导体部分的示意性剖视图。图1C是根据提供具有延伸到元件区域中的条状部分的过补偿区的实施例的半导体器件的半导体部分的示意性剖视图。图1D是根据提供具有两个在空间上分离的小岛的过补偿区的实施例的半导体器件的半导体部分的示意性剖视图。图1E是根据提供包括多个在空间上分离的小岛的过补偿区的实施例的半导体器件的半导体部分的示意性剖视图。图2A是显示根据涉及高掺杂连接层上的两个外延层的实施例的沿着图1A的半导体部分的元件区域中的线I-I获得的杂质分布的示图。图2B是显示根据图2A的实施例的沿着图1A的半导体部分的边缘区域中的线II-II获得的杂质分布的示图。图3A是显示根据与共同注入相关的实施例的沿着图1A的半导体部分的元件区域中的线I-I获得的杂质分布的示意图。图3B是显示根据图3A的实施例的沿着图1B的半导体器件的边缘区域中的线II-II获得的杂质分布的示意图。图4是根据另一实施例的具有过补偿区的半导体二极管的示意性剖视图。图5A是根据另一实施例的具有过补偿区的IGBT(绝缘栅双极晶体管)的示意性剖视图。图5B是根据提供高动态鲁棒性区域的实施例的具有过补偿区的IGBT的示意性剖视图。图6A是根据提供场板终止结构和具有在空间上分离的小岛的过补偿区的实施例的IGFET(绝缘栅场效应晶体管)的示意性剖视图。图6B是根据提供终止沟槽和具有在空间上分离的小岛的过补偿区的实施例的IGFET的示意性剖视图。图6C是根据另一实施例的具有超结结构的IGFET的示意性剖视图。图7是根据另一实施例的制造半导体器件的方法的简化流程图。具体实施方式在下面的详细描述中，参照附图，附图形成本文的一部分并且在附图中作为说明而示出可实施本专利技术的特定实施例。应该理解，在不脱离本专利技术的范围的情况下，可利用其它实施例并且可做出结构或逻辑变化。例如，针对一个实施例示出或描述的特征能够被用于其它实施例或结合其它实施例使用以产生另一实施例。本专利技术旨在包括这种修改和变化。使用特定语言描述例子，其不应被解释为限制所附权利要求的范围。附图未按照比例绘制并且仅用于说明的目的。为了清楚，如果未另外指出，则相同的元件或制造过程在不同的附图中由相同的标号表示。术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是开放式的，并且这些术语指示说明的元件或特征的存在，但不排除另外的元件或特征。冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括复数以及单数，除非上下文清楚地另外指示。术语“以电气方式连接的”描述以电气方式连接的元件之间的永久的低电阻连接，例如相关的元件之间的直接接触或者经由金属、金属化合物和/或高掺杂半导体材料的低电阻连接。附图通过紧挨着掺杂类型“n”和“p”指示“-”或“+”来表示相对掺杂浓度。例如，“n-”表示比“n”掺杂区域的掺杂浓度低的掺杂浓度，而“n+”掺杂区域具有比“n”掺杂区域高的掺杂浓度。相同的相对掺杂浓度的掺杂区域并不必然具有相同的绝对掺杂浓度。例如，两个不同的“n”掺杂区域可具有相同或不同的绝对掺杂浓度。图1A和1B显示半导体器件的半导体部分100。从单晶半导体材料提供半导体部分100，例如硅Si、碳化硅SiC、锗Ge、硅锗晶体SiGe、氮化镓GaN或砷化镓GaAs。半导体部分100具有彼此平行的第一表面101和相对的第二表面102。第一表面101和第二表面102之间的距离为至少5μm，例如至少50μm。相对于第一表面101和第二表面102倾斜的外表面103连接第一表面101和第二表面102。半导体部分100可具有矩形形状，该矩形形状具有处于几毫米的范围中的边缘长度。第一表面101和第二表面102的法线定义垂直方向，并且与法线方向正交并且平行于第一表面101和第二表面102的方向是横向方向。如图1A中所示，半导体部分100包括连接层130和半导体层120，半导体层120具有第一导电类型的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括半导体部分的半导体器件，所述半导体部分包括：半导体层，包括一种第一导电类型的漂移区和第二相反导电类型的至少一个阳极区域或主体区，所述至少一个阳极区域或主体区与半导体部分的第一表面邻接并且电连接到第一电极结构；元件区域，形成在所述半导体层的横向中心中并且包括阳极区域或主体区；边缘区域，横向包围所述元件区域并且在横向方向上从所述元件区域延伸到所述半导体层的外表面，其中所述外表面在所述第一表面与所述半导体层的第二表面之间延伸，所述第二表面与所述第一表面相对，其中在所述元件区域中，所述漂移区与阳极区域或主体区形成pn结；连接层，在所述第二表面处与所述半导体层直接邻接，其中连接层中的平均杂质浓度是漂移区中的平均杂质浓度的至少十倍；和过补偿区，设置在所述边缘区域中，其中过补偿区和连接层具有相反的导电类型，并且在过补偿区关于第一表面的垂直投影中，漂移区的一部分布置在第一表面和过补偿区之间，其中所述漂移区使所述过补偿区与所述第一表面和其他掺杂区或所述边缘区域的介电结构分开。

【技术特征摘要】
2013.01.31 US 13/7549571.一种包括半导体部分的半导体器件，所述半导体部分包括：半导体层，包括一种第一导电类型的漂移区和第二相反导电类型的至少一个阳极区域或主体区，所述至少一个阳极区域或主体区与半导体部分的第一表面邻接并且电连接到第一电极结构；元件区域，形成在所述半导体层的横向中心中并且包括阳极区域或主体区；边缘区域，横向包围所述元件区域并且在横向方向上从所述元件区域延伸到所述半导体层的外表面，其中所述外表面在所述第一表面与所述半导体层的第二表面之间延伸，所述第二表面与所述第一表面相对，其中在所述元件区域中，所述漂移区与阳极区域或主体区形成pn结；连接层，在所述第二表面处与所述半导体层直接邻接，其中连接层中的平均杂质浓度是漂移区中的平均杂质浓度的至少十倍；和过补偿区，设置在所述边缘区域中，其中过补偿区和连接层具有相反的导电类型，并且在过补偿区关于第一表面的垂直投影中，漂移区的一部分布置在第一表面和过补偿区之间，其中所述漂移区使所述过补偿区与所述第一表面和其他掺杂区或所述边缘区域的介电结构分开。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述连接层具有第一导电类型。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述过补偿区包含至少第一导电类型的第一杂质和第二导电类型的第二杂质，第二杂质的浓度在局部超过第一杂质的浓度。4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中所述第二杂质的浓度在过补偿区的部分中超过第一杂质的浓度至少10%。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述过补偿区不形成在元件区域中。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述过补偿区形成在半导体层的与靠近第一表面相比更靠近连接层的部分中。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体器件是包括所述阳极区域的二极管，并且其中连接层具有第一导电类型。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体器件是包括主体区域的绝缘栅场效应晶体管，其中连接层具有第一导电类型，所述半导体器件还包括第一导电类型的杂质阱，所述杂质阱形成在主体区域中并且与第一表面邻接。9.根据权利要求3所述的半导体器件，其中所述第一杂质包括磷原子并且第二杂质是硼原子。10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体层包括与连接层直接邻接的场停止区，所述场停止区具有第一导电类型，所述场停止区中的平均杂质浓度高于漂移区中的杂质浓度，并且连接层中的平均杂质浓度是场停止区中的平均杂质浓度的至少五倍，以及过补偿区的至少一部分形成在场停止区中。11.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体层包括与连接层直接邻接的缓冲区域，所述缓冲区域具有第一导电类型，所述缓冲区域中的平均净杂质浓度低于漂移区中的杂质浓度，并且连接层中的平均净杂质浓度是缓冲区域中的平均净杂质浓度的至少五倍，以及过补偿区的至少一部分形成在缓冲区域中。12.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述过补偿区与连接层直接邻接。13.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述过补偿区沿垂直于第一表面的方向的垂直尺寸为至少200nm。14.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述过补偿区形成为与半导体部分的第一表面和第二相反表面相隔一定距离。15.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述过补偿区包括多个在空间上分离的小岛。16.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述连接层的厚度能够是半导体层的厚度的至少30%。17.一种包括半导体部分的功率场效应晶体管，所述半导体部分包括：半导体层，包括第一导电类型的漂移区和第二相反导电类型的至少一个阳极区域或主体区，所述至少一个阳极区域或主体区与半导体部分的第一表面直接邻接并...

【专利技术属性】
技术研发人员：F希尔勒，A毛德，HJ舒尔策，
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