横向超结晶体管器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了晶体管布置和方法。晶体管布置包括：第一掺杂类型的多个第一半导体区域(11)以及第二掺杂类型的多个第二半导体区域(12)，其中，第一半导体区域(11)和第二半导体区域(12)沿半导体主体(100)的竖直方向(z)交替布置；与多个第一半导体区域(11)毗连的源极区(13)；与多个第二半导体区域(120)毗连并且被布置为沿第一横向方向(x)与源极区(13)隔开的漏极区(15)；以及多个栅极区(14)，其中，多个栅极区(14)的每者与多个第二半导体区域(12)中的至少一个毗连，并且被布置在源极区(13)和漏极区(15)之间。第一半导体区域和第二半导体区域(11、12)中的至少一个(但不是第一半导体区域和第二半导体区域(11、12)的每者)具有沿第一横向方向(x)变化的掺杂剂量。

Transverse super crystal tube device and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
横向超结晶体管器件及其制造方法
本公开总体上涉及晶体管布置，具体而言涉及横向超结晶体管器件。
技术介绍
横向超结晶体管器件包括第一掺杂类型的多个第一半导体区域以及第二掺杂类型的多个第二半导体区域，其中，第一半导体区域和第二半导体区域的每者布置在源极区和漏极区之间。第一半导体区域往往被称为漂移区，并且第二半导体区域往往被称为补偿区。晶体管器件的开关状态(导通或截止)可以通过一个或多个栅极区来控制。在晶体管器件的截止状态中，当漏极-源极电压被施加在漏极区和源极区之间时，空间电荷区(耗尽区)在第一和第二半导体区域中扩大。空间电荷区与电场相关联，其中，当电压增大以使电场的场强达到临界值(其往往被称为临界电场)时可能发生雪崩击穿。在雪崩击穿的情况下，电流(其往往被称为雪崩电流)流经晶体管器件。在超结晶体管器件中，作为晶体管器件在截止状态下能够承受的最大电压的电压阻挡能力尤其取决于第一半导体区域中的掺杂剂原子的总数与第二半导体区域中的掺杂剂原子的总数之比，并且取决于这些掺杂剂原子在源极区和漏极区之间的分布。在作为晶体管器件的导通状态下的源极区和漏极区之间的电阻的既定导通电阻上，能够通过将第一半导体区域和第二半导体区域实施为使得第一半导体区域中的掺杂剂原子的总数和第二半导体区域中的掺杂剂原子的总数基本相等并且第一半导体区域和第二半导体区域中的掺杂剂原子按照相同的方式分布而获得最大电压阻挡能力。然而，该类型的晶体管器件具有低雪崩鲁棒性。也就是说，雪崩击穿可以使晶体管器件受到损坏或破坏。因此，需要一种具有雪崩鲁棒性的横向超结晶体管器件，即能够反复地承受雪崩击穿的器件。
技术实现思路
一个示例涉及一种晶体管布置。所述晶体管布置包括第一掺杂类型的多个第一半导体区域和第二掺杂类型的多个第二半导体区域、与多个第一半导体区域毗连的源极区、与多个第二半导体区域(120)毗连并且被布置为沿半导体主体的第一横向方向与源极区隔开的漏极区、以及多个栅极区。第一半导体区域和第二半导体区域沿半导体主体的竖直方向交替布置。所述多个栅极区的每者与所述多个第二半导体区域中的至少一个毗连，并且被布置在源极区和漏极区之间。此外，第一半导体区域和第二半导体区域中的至少一个具有沿第一横向方向变化的掺杂剂量并且其余的第一半导体区域和第二半导体区域均具有基本均匀的掺杂剂量。另一示例涉及一种方法。所述方法包括：形成第一掺杂类型的多个第一半导体区域以及第二掺杂类型的多个第二半导体区域，使得第一半导体区域和第二半导体区域沿半导体主体的竖直方向交替布置；形成与所述多个第一半导体区域毗连的源极区；形成与所述多个第一和第二半导体区域毗连并且被布置为沿半导体主体的第一横向方向与源极区隔开的漏极区；以及形成多个栅极区，使得所述多个栅极区的每者与所述多个第二半导体区域中的至少一个毗连，并且被布置在源极区和漏极区之间。形成所述第一半导体区域和第二半导体区域中的至少一个包括：形成第一半导体区域和第二半导体区域中的至少一个以使其沿第一横向方向具有变化的掺杂剂量；以及形成其余的第一半导体区域和第二半导体区域以使其均具有基本上均匀的掺杂剂量。下文将参考附图解释示例。附图起着对某些原理进行举例说明的作用，因而仅示出了用于理解这些原理所需的各方面。附图未按比例绘制。在附图中，相同的附图标记表示类似的特征。附图说明图1A-图1C示意性地示出了横向超结晶体管器件的透视截面图(图1A)、竖直截面图(图1B)和水平截面图(图1C)；图2示出了在具有带有均匀掺杂剂量的第一和第二半导体区域的横向超结晶体管器件中的电场的行为的示例；图3示出了在发生雪崩击穿时图2所示的类型的晶体管器件的漏极-源极电压；图4示出了在具有带有变化掺杂剂量的至少一个第一或第二半导体区域的横向超结晶体管器件中的电场的行为的示例；图5-图7示出了均匀掺杂剂量和变化掺杂剂量的不同示例；图8A-图8D示出了具有变化掺杂剂量的第一或第二半导体区域可以位于横向超结晶体管器件中的不同示例；图9A和图9B示出了用于形成横向超结晶体管器件的方法的一个示例；图10A-图10D示出了用于形成具有均匀掺杂剂量的第一和第二半导体层的方法的一个示例；图11A和图11B示出了对图10A-图10D所示的方法的修改；图12-图15示出了用于形成具有变化掺杂剂量的第一或第二半导体层的不同示例；图16示出了在衬底中额外包括处于第一和第二半导体区域下方的二极管的图1A-图1C所示的类型的晶体管器件；并且图17示出了具有图1A-图1C所示类型的晶体管器件和另一晶体管器件的晶体管布置。具体实施方式在下文的详细描述中将参考附图。附图形成说明书的部分，并且出于举例说明的目的示出了可以如何使用和实施本专利技术的示例。应当理解，可以使本文描述的各种实施例的特征相互结合，除非做出另外的具体指示。图1A-图1C示出了包括横向超结晶体管器件10的晶体管布置的透视截面图(图1A)、竖直截面图(图1B)和水平截面图(图1C)。晶体管器件10包括第一掺杂类型的多个第一半导体区域11和第二掺杂类型的多个第二半导体区域12。第一半导体区域和第二半导体区域交替布置，并且第二掺杂类型与第一掺杂类型互补。源极区13和漏极区15的每者与多个第一半导体区域11的每者毗连，其中，漏极区15并定位为沿半导体主体100的第一横向方向x与源极区13隔开，在半导体主体100中布置了第一半导体区域11和第二半导体区域12、源极区13以及漏极区15。此外，多个栅极区14的每者(a)与多个第二半导体区域12中的至少一个毗连，(b)布置于源极区13和漏极区15之间，并且(c)与第一源极区13和第一漏极区15隔开。如本文使用的，第一掺杂类型的区域或层是具有第一掺杂类型的有效掺杂的层或区域。这样的第一掺杂类型的区域或层除了包括第一掺杂类型的掺杂剂之外，还可以包括第二掺杂类型的掺杂剂，但是第一掺杂类型的掺杂剂占据主导。同理，第二掺杂类型的区域或层是具有第二掺杂类型的有效掺杂的层或区域，并且可以含有第一掺杂类型的掺杂剂。第一半导体区域11和第二半导体区域12的每者具有沿半导体主体100的第一横向方向x的长度以及沿半导体主体100的竖直方向的厚度，并且进一步沿第二横向方向y延伸。“竖直方向z”是垂直于半导体主体100的第一表面101的方向，并且“第一横向方向x和第二横向方向y”是平行于第一表面101的方向。第一半导体区域11和第二半导体区域12还可以被称为半导体层，并且具有多个第一半导体区域(层)11和多个第二半导体区域(层)12的布置还可以被称为层堆叠体或者简称为堆叠体。所述堆叠体可以延伸至第一表面101，使得第一半导体区域11和第二半导体区域12之一形成第一表面101。替代地，第三半导体区域(层)131布置于堆叠体与第一表面之间，使得第三半导体区域131形成第一表面101。半导体主体100可以包括常规半导体材料，例如，硅(Si)、碳化硅(SiC)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体管布置，包括：/n第一掺杂类型的多个第一半导体区域(11)以及第二掺杂类型的多个第二半导体区域(12)，其中，所述第一半导体区域(11)和所述第二半导体区域(12)沿半导体主体(100)的竖直方向(z)交替布置；/n源极区(13)，与所述多个第一半导体区域(11)毗连；/n漏极区(15)，与所述多个第二半导体区域(12)毗连并且被布置为沿第一横向方向(x)与所述源极区(13)隔开；以及/n多个栅极区(14)，其中，所述多个栅极区(14)的每者与所述多个第二半导体区域(12)中的至少一个毗连，并且被布置在所述源极区(13)和所述漏极区(15)之间，/n其中，所述第一半导体区域和所述第二半导体区域(11、12)中的至少一个具有沿所述第一横向方向(x)变化的掺杂剂量，并且/n其中，其余的所述第一半导体区域和所述第二半导体区域(11、12)均具有基本上均匀的掺杂剂量。/n

【技术特征摘要】
20181023 EP 18202010.71.一种晶体管布置，包括：
第一掺杂类型的多个第一半导体区域(11)以及第二掺杂类型的多个第二半导体区域(12)，其中，所述第一半导体区域(11)和所述第二半导体区域(12)沿半导体主体(100)的竖直方向(z)交替布置；
源极区(13)，与所述多个第一半导体区域(11)毗连；
漏极区(15)，与所述多个第二半导体区域(12)毗连并且被布置为沿第一横向方向(x)与所述源极区(13)隔开；以及
多个栅极区(14)，其中，所述多个栅极区(14)的每者与所述多个第二半导体区域(12)中的至少一个毗连，并且被布置在所述源极区(13)和所述漏极区(15)之间，
其中，所述第一半导体区域和所述第二半导体区域(11、12)中的至少一个具有沿所述第一横向方向(x)变化的掺杂剂量，并且
其中，其余的所述第一半导体区域和所述第二半导体区域(11、12)均具有基本上均匀的掺杂剂量。


2.根据权利要求1所述的晶体管布置，其中，超过50％的所述第一半导体区域(11)和超过50％的所述第二半导体区域(12)具有均匀掺杂剂量。


3.根据前述权利要求中的任何一项所述的晶体管布置，其中，所述第一半导体区域和所述第二半导体区域(11、12)中的所述至少一个的所述掺杂剂量使得所述掺杂剂量在所述栅极区(14)和第一位置(x1)之间具有基本上恒定的第一值(D112、D121)，并且在所述第一位置(x1)和所述漏极区之间具有不同于所述第一值(D112、D121)的基本上恒定的第二值(D111、D122)。


4.根据权利要求3所述的晶体管布置，其中，相对于接近所述漏极区(15)，所述第一位置(x1)更接近所述栅极区(14)。


5.根据权利要求4所述的晶体管布置，其中，0.1·d2<d3<0.4·d2，
其中，
d3是所述栅极区(14)和所述漏极区(15)之间的距离，并且
d2是所述栅极区(14)和所述第一位置之间的距离。


6.根据权利要求4到6中的任何一项所述的晶体管布置，其中，所述第一值和所述第二值中的最大值处于所述第一值和所述第二值中的最小值的1.2倍和2倍之间。


7.根据前述权利要求中的任何一项所述的晶体管布置，
其中，所述多个第一半导体区域(11)和所述多个第二半导体区域(12)包括最上半导体区域(12U)和最下半导体区域(11L)，并且
其中，所述第一半导体区域和所述第二半导体区域(11、12)中的所述至少一个与所述最上半导体区域(12U)和所述最下半导体区域(11L)隔开。


8.根据前述权利要求中的任何一项所述的晶体管布置，
其中，所述多个第一半导体区域和所述多个第二半导体区域(11、12)包括与所述第一半导体区域和所述第二半导体区域(11、12)中的所述至少一个毗连的毗连半导体区域，

【专利技术属性】
技术研发人员：R·魏斯，A·马哈茂德，
申请(专利权)人：英飞凌科技德累斯顿公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE