功率半导体器件制造技术

一种具有功率半导体晶体管配置的功率半导体器件包括：半导体本体，其具有耦合到第一负载端子结构的前侧、耦合到第二负载端子结构的背侧和横向芯片边缘；有源区，其被配置用于在功率半导体器件的导通状态下在第一负载端子结构和第二负载端子结构之间传导负载电流；以及边缘终止区，其将有源区与横向芯片边缘分开。在前侧处，边缘终止区包括保护区，其不包括任何金属结构，除非金属结构被多晶硅层从下方电屏蔽，所述多晶硅层比金属结构更朝向横向芯片边缘延伸至少20μm的横向距离。在功率半导体器件的阻断状态下，保护区被配置为容纳在从有源区朝向横向芯片边缘的横向方向上的半导体本体内部的阻断电压的至少90%的电压变化。

Power semiconductor device

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件
本说明书涉及功率半导体器件的实施例。特别地，本说明书涉及具有至少布置在边缘终止区的一部分中的硬钝化层的功率半导体器件的实施例。
技术介绍
汽车、消费者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动机或电机）依赖于功率半导体器件。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（仅举几例）已经用于各种应用，包括但不限于电源和功率转换器中的开关，例如，在牵引应用中。功率半导体器件通常包括半导体本体，该半导体本体被配置用于沿着器件的两个负载端子之间的负载电流路径传导负载电流。此外，在功率半导体器件具有晶体管配置的情况下，负载电流路径可以借助于通常被称为栅电极的绝缘电极来控制。例如，在从例如驱动器单元接收相应的控制信号时，控制电极可以将功率半导体器件设置在导通状态和阻断状态之一。此外，为了传导负载电流，功率半导体器件可以包括一个或多个功率单元，其可以布置在功率半导体器件的所谓的有源区中。功率半导体器件可以由边缘横向地（laterally）限制。在横向边缘和包括一个或多个功率单元的有源区之间，可以布置边缘终止区，其可以包括边缘终止结构。这种边缘终止结构可以用于影响半导体本体内的电场的进程（course）的目的，例如以便确保功率半导体器件的可靠阻断能力。边缘终止结构可以包括布置在半导体本体内的一个或多个部件、还有布置在半导体本体的表面上方的一个或多个部件。这种边缘终止概念的常见示例是p掺杂多晶硅场环与场板的组合，其中场板可以被配置用于提供外部电荷的有效掩蔽。例如，场板可以包括诸如铝的金属。或者，这种场板可以由多晶硅形成，例如以便使边缘终止结构在暴露于湿度和电场时不易受腐蚀。例如，在将p掺杂场环与n掺杂多晶硅场板组合的边缘终止结构中，仍然可以存在金属层以提供场板与场环之间的电接触，从而减少电场对金属层的外边缘的影响。通常，在边缘终止区中提供一个或多个钝化层，诸如硬钝化层，包括氧化物和氮化物。例如，这种钝化层可以布置在边缘终止结构上方，以便从电和化学污染物（诸如离子）保护包括边缘终止结构的半导体表面。通常期望提供即使在例如牵引应用中遇到的苛刻环境条件下也是可靠的边缘终止和钝化概念。为此，可能期望使边缘终止结构在湿度和电场的组合影响下不易受到腐蚀。在这种条件下的器件性能通常通过强加速可靠性测试（诸如HV-H3TRB或H2S）来测试。
技术实现思路
根据一个实施例，功率半导体器件具有功率半导体晶体管配置，并且包括：半导体本体，其具有耦合到第一负载端子结构的前侧、耦合到第二负载端子结构的背侧以及横向芯片边缘；有源区，被配置用于在功率半导体器件的导通状态下在第一负载端子结构和第二负载端子结构之间传导负载电流；以及边缘终止区，其将有源区与横向芯片边缘分开。在前侧处，边缘终止区包括保护区，其不包括任何金属结构，除非金属结构被多晶硅层从下方电屏蔽，所述多晶硅层比金属结构更朝向横向芯片边缘延伸至少20μm的横向距离。在功率半导体器件的阻断状态下，保护区被配置为容纳在从有源区朝向横向芯片边缘的横向方向上的半导体本体内部的阻断电压的至少90%的电压变化。根据一个实施例，功率半导体器件具有功率半导体晶体管配置，并且包括：半导体本体，其具有耦合到第一负载端子结构的前侧、耦合到第二负载端子结构的背侧以及横向芯片边缘；有源区，被配置用于在功率半导体器件的导通状态下在第一负载端子结构和第二负载端子结构之间传导负载电流；以及边缘终止区，将有源区与横向芯片边缘分开。在前侧处，边缘终止区包括保护区，其不包括任何金属结构，除非金属结构被多晶硅层从下方电屏蔽，该多晶硅层比金属结构更朝向横向芯片边缘延伸至少20μm的横向距离。在竖直（vertical）截面中，保护区从起点沿着横向方向延伸到横向芯片边缘，其中起点位于离其中掺杂半导体区与金属和/或多晶硅层接触的最外点至多30μm的距离处，所述金属和/或多晶硅层与第一负载端子结构电连接。根据另一实施例，一种功率半导体器件包括：半导体本体，其具有耦合到第一负载端子结构的前侧、耦合到第二负载端子结构的背侧以及横向芯片边缘；有源区，被配置用于在功率半导体器件的导通状态下在第一负载端子结构和第二负载端子结构之间传导负载电流；边缘终止区，将有源区与横向芯片边缘分开；绝缘层，其布置在前侧处，其中绝缘层的横向边缘限定至少一个接触孔，所述接触孔填充有金属层，所述金属层与所述半导体本体的掺杂半导体区接触；以及硬钝化层，其以使得硬钝化层不在绝缘层的横向边缘上方延伸的方式至少在边缘终止区的一部分中布置在前侧处。根据另一实施例，一种功率半导体器件包括：半导体本体，其具有耦合到第一负载端子结构的前侧、耦合到第二负载端子结构的背侧以及横向芯片边缘；有源区，被配置用于在功率半导体器件的导通状态下在第一负载端子结构和第二负载端子结构之间传导负载电流；边缘终止区，将有源区与横向芯片边缘分开；硬钝化层，至少在边缘终止区的一部分中布置在前侧处，所述硬钝化层包括具有氧化物层厚度的氧化物层；以及金属层，至少在边缘终止区的一部分中布置在前侧处并且具有横向边缘，其中，在沿着从前侧指向背侧的竖直方向的截面中，所述截面垂直于横向边缘，硬钝化层和金属层的共同横向延伸范围相当于氧化物层厚度的至多10倍。根据另一实施例，一种处理功率半导体器件的方法包括以下步骤：提供具有前侧、背侧和横向芯片边缘的半导体本体；创建有源区，所述有源区被配置用于在功率半导体器件的导通状态下在布置在前侧处的第一负载端子结构与布置在背侧处的第二负载端子结构之间传导负载电流；以及创建将有源区与横向芯片边缘分开的边缘终止区；其中，在前侧处，边缘终止区包括保护区，其不包括任何金属结构，除非金属结构被多晶硅层从下方电屏蔽，所述多晶硅层比金属结构更朝向横向芯片边缘延伸至少20μm的横向距离，并且其中，在功率半导体器件的阻断状态下，保护区被配置为容纳在从有源区朝向横向芯片边缘的横向方向上的半导体本体内部的阻断电压的至少90%的电压变化。根据另一实施例，一种处理功率半导体器件的方法包括以下步骤：提供具有前侧、背侧和横向芯片边缘的半导体本体；创建有源区，所述有源区被配置用于在功率半导体器件的导通状态下在布置在前侧处的第一负载端子结构与布置在背侧处的第二负载端子结构之间传导负载电流；以及创建将有源区与横向芯片边缘分开的边缘终止区；其中，在前侧处，边缘终止区包括保护区，其不包括任何金属结构，除非金属结构被多晶硅层从下方电屏蔽，所述多晶硅层比金属结构更朝向横向芯片边缘延伸至少20μm的横向距离。在竖直截面中，保护区从起点沿着横向方向延伸到横向芯片边缘，其中起点位于离其中掺杂半导体区与金属和/或多晶硅层接触的最外点至多30μm的距离处，所述金属和/或多晶硅层与第一负载端子结构电连接。根据另一实施例，一种处理功率半导体器件的方法包括以下步骤：提供具有前侧、背侧和横向芯片边缘的半导体本体；创建有源区，所述有源区被配置用于在功率半导体器件的导通状态下在布置在前侧处的第一负载端子结构与布置在背侧处的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件（1），具有功率半导体晶体管配置，并包括：/n- 半导体本体（10），具有耦合到第一负载端子结构（11）的前侧（10-1）、耦合到第二负载端子结构（12）的背侧（10-2）、以及横向芯片边缘（109）；/n- 有源区（16），被配置用于在功率半导体器件（1）的导通状态下在第一负载端子结构（11）和第二负载端子结构（12）之间传导负载电流；以及/n- 边缘终止区（17），将有源区（16）与横向芯片边缘（109）分开；/n其中，在前侧（10-1）处，边缘终止区（17）包括保护区（172），其不包括任何金属结构，除非金属结构（GR）被多晶硅层（178）从下方电屏蔽，所述多晶硅层（178）比金属结构（GR）更朝向横向芯片边缘（109）延伸至少20μm的横向距离（d5），并且/n其中，在功率半导体器件（1）的阻断状态下，保护区（172）被配置为容纳在从有源区（16）朝向横向芯片边缘（109）的横向方向上的半导体本体内部的阻断电压的至少90%的电压变化。/n

【技术特征摘要】
20181214 DE 102018132237.21.一种功率半导体器件（1），具有功率半导体晶体管配置，并包括：
-半导体本体（10），具有耦合到第一负载端子结构（11）的前侧（10-1）、耦合到第二负载端子结构（12）的背侧（10-2）、以及横向芯片边缘（109）；
-有源区（16），被配置用于在功率半导体器件（1）的导通状态下在第一负载端子结构（11）和第二负载端子结构（12）之间传导负载电流；以及
-边缘终止区（17），将有源区（16）与横向芯片边缘（109）分开；
其中，在前侧（10-1）处，边缘终止区（17）包括保护区（172），其不包括任何金属结构，除非金属结构（GR）被多晶硅层（178）从下方电屏蔽，所述多晶硅层（178）比金属结构（GR）更朝向横向芯片边缘（109）延伸至少20μm的横向距离（d5），并且
其中，在功率半导体器件（1）的阻断状态下，保护区（172）被配置为容纳在从有源区（16）朝向横向芯片边缘（109）的横向方向上的半导体本体内部的阻断电压的至少90%的电压变化。


2.如权利要求1所述的功率半导体器件（1），其中，在竖直截面中，保护区（172）从起点（SP）沿着横向方向（X）延伸到横向芯片边缘（109），
其中，起点（SP）位于离其中掺杂半导体区（1711）与金属和/或多晶硅层（111）接触的最外点（P）至多30μm的距离（dsp）处，所述金属和/或多晶硅层（111）与第一负载端子结构（11）电连接。


3.如前述权利要求中任一项所述的功率半导体器件（1），包括硬钝化层（18），其布置在边缘终止区（17）的至少一部分中的前侧（10-2）处。


4.如权利要求3所述的功率半导体器件（1），其中硬钝化层（18）包括具有氧化物层厚度（d2）的氧化物层（181），并且其中硬钝化层（18）比保护区（172）更朝向有源区（16）延伸至多氧化物层厚度（d2）的10倍的横向距离。


5.如权利要求3或4所述的功率半导体器件（1），其中硬钝化层（18）不比保护区（172）更朝向有源区（16）横向延伸。


6.如权利要求3至5中任一项所述的功率半导体器件（1），还包括软钝化层（13），其布置在硬钝化层（18）的一部分之上，其中硬钝化层（18）比软钝化层（13）更朝向有源区（16）横向延伸。


7.一种功率半导体器件（1），包括：
-半导体本体（10），具有耦合到第一负载端子结构（11）的前侧（10-1）、耦合到第二负载端子结构（12）的背侧（10-2）、以及横向芯片边缘（109）；
-有源区（16），被配置用于在功率半导体器件（1）的导通状态下在第一负载端子结构（11）和第二负载端子结构（12）之间传导负载电流；
-边缘终止区（17），将有源区（16）与横向芯片边缘（109）分开；
-绝缘层（15），布置在前侧（10-1）处，其中绝缘层（15）的横向边缘（151）限定至少一个接触孔（H），所述接触孔（H）填充有与半导体本体（10）的掺杂半导体区（1711）接触的金属和/或多晶硅层（111）；以及
-硬钝化层（18），其以使得硬钝化层（18）不在绝缘层（15）的横向边缘（151）上方延伸的方式至少在边缘终止区（17）的一部分中布置在前侧（10-2）处。


8.如权利要求7所述的功率半导体器件（1），其中硬钝化层（18）包括具有氧化物层厚度（d2）的氧化物层（181），并且其中硬钝化层（18）横向终止于距绝缘层（15）的横向边缘（151）的竖直投影（V）为氧化物层厚度（d2）的至少一倍的最小距离（d4）处。


9.如权利要求8所述的功率半导体器件（1），其中，如果氧化物层厚度（d2）等于或小于1μm，则硬钝化层（18）横向终止于距绝缘层的横向边缘至少1μm的最小距离（d4）处。


10.如权利要求7至9中任一项所述的功率半导体器件（1），其中，所述金属层（111）与所述第一负载端子结构（11）电连接。


11.如权利要求7至10中任一项所述的功率半导体器件（1），其中填充接触孔（H）的多晶硅和/或金属层（111）至少部分地被软钝化层（13）覆盖。


12.一种功率半导体器件（1），包括：
-半导体本体（10），具有耦合到第一负载端子结构（11）的前侧（10-1）、耦合到第二负载端子结构（12）的背侧（10-2）、以及横向芯片边缘（109）；
-有源区（16），被配置用于在功率半导体器件（1）的导通状态下在第一负载端子结构（11）和第二负载端子结构（12）之间传导负载电流；
-边缘终止区（17），将有源区（16）与横向芯片边缘（109）分开；
-硬钝化层（18），至少在边缘终止区（17）的一部分中布置在前侧（10-2）处，所述硬钝化层（18）包括具有氧化物层厚度（d2）的氧化物层（181）；以及
-金属层（174，111），至少在边缘终止区（17）的一部分中布置在前侧（10-1）处并且具有横向边缘（174-1，111-1），
其中，在沿着从前侧（10-1）指向背侧（10-2）的竖直方向（Z）的截面中，所述截面垂直于横向边缘（111-1，174-1），硬钝化层（18）和金属层（174，111）的共同横向延伸范围（...

【专利技术属性】
技术研发人员：O洪贝尔，JG鲍尔，J布兰登布格，D卡尔，PS科赫，A科普罗夫斯基，S克伦普，T库尔茨曼，E莱歇尔，H吕廷，
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