具有边缘终止结构的半导体器件制造技术

公开了具有边缘终止结构的半导体器件。公开了一种半导体器件。该半导体器件包括：半导体本体(100)，具有第一主表面(101)、边缘表面(103)、内部区(110)以及被布置在内部区(110)和边缘表面(103)之间的边缘区(120)；布置在内部区(110)中的第一掺杂类型的第一半导体区(11)和布置在内部区(110)和边缘区(120)中的第二掺杂类型的第二半导体区(21)，其中在第一半导体区(11)和第二半导体区(21)之间形成pn结(12)；以及边缘终止结构(30)。边缘终止结构包括：第一掺杂类型的第三半导体区(31)，其被布置在边缘区(120)中并且邻接第一半导体区(11)，其中第三半导体区(31)的掺杂剂量朝向边缘表面(103)而减小；第二半导体区(21)的邻接第一主表面(101)的表面区段(33)；以及具有高于10

【技术实现步骤摘要】
具有边缘终止结构的半导体器件本公开一般涉及半导体器件，特别是涉及具有边缘终止结构的半导体器件。诸如功率二极管、功率MOSFET、功率IGBT或功率晶闸管的功率半导体器件被设计为耐受高阻断电压。这些功率器件包括形成在p掺杂半导体区和n掺杂半导体区之间的pn结。当通过向pn结施加适当的电压来使pn结反向偏置时，器件阻断(被关闭)。在这种情况下，耗尽区(空间电荷区)在p掺杂区和n掺杂区中扩展。通常，p掺杂区和n掺杂区中的一个与p掺杂区和n掺杂区中的另一个相比是被更轻地掺杂的，从而耗尽区主要在更轻地掺杂的区中扩展，该更轻地掺杂的区主要支持跨pn结施加的电压。支持阻断电压的更轻地掺杂的区在二极管或晶闸管中通常被称为基极区，并且在MOSFET或IGBT中通常被称为漂移区。pn结的用以支持高电压的能力受雪崩击穿现象限制。随着跨pn结施加的电压增加，形成pn结的半导体区中的电场增加。电场造成由空间电荷区中的热生成引发的可移动载流子的加速。当电荷载流子由于电场而被加速以使得它们通过碰撞电离而创建电子-空穴对时，发生雪崩击穿。通过碰撞电离创建的电荷载流子创建新的电荷载流子，从而存在倍增效应。在雪崩击穿开始时，在反向方向上跨pn结流过显著的电流。在雪崩击穿到来时的电场被称为临界电场。临界电场的绝对值主要取决于用于形成pn结的半导体材料的类型，并且微弱地取决于更轻地掺杂的半导体区的掺杂浓度。半导体器件的电压阻断能力是如下的施加到pn结的电压：在该电压下在半导体器件中出现临界电场。该电压通常被称为击穿电压。电压阻断能力不仅取决于半导体材料的类型及其掺杂，而且还取决于半导体器件的特定的几何形状。一种功率半导体器件包括有限大小的半导体本体，该半导体本体在半导体本体的横向方向上以边缘表面终止。竖向功率半导体器件是其中pn结主要在半导体本体的水平平面内延伸的半导体器件。在这样的竖向功率半导体器件中，pn结通常不延伸到半导体本体的边缘表面。相反，pn结在横向方向上远离于半导体本体的边缘表面。在这种情况下，半导体本体的在横向方向上邻接pn结的半导体区(边缘区)也不得不耐受施加到pn结的电压。边缘区可以被实现为具有平面边缘终止结构，该平面边缘终止结构包括在半导体本体的边缘区中的半导体本体的表面的顶部上形成的钝化层。在半导体器件的制造过程中和/或在半导体器件的操作期间，钝化层可能被诸如碱性离子、水合氢离子(H3O+)离子或氢氧根(OH-)离子的离子污染。这些离子可能以半导体器件的电压阻断能力被降低这样的方式通过静电感应效应影响边缘区中的电场的分布。因此存在针对具有对于寄生离子(电荷)鲁棒的平面边缘终止结构的半导体器件的需要。一个示例涉及半导体器件。该半导体器件包括：半导体本体，具有第一主表面、边缘表面、内部区、以及被布置在内部区和边缘表面之间的边缘区；被布置在内部区中的第一掺杂类型的第一半导体区以及被布置在内部区和边缘区中的第二掺杂类型的第二半导体区，其中，在第一半导体区和第二半导体区之间形成pn结；以及边缘终止结构。该边缘终止结构包括第一掺杂类型的第三半导体区，其被布置在边缘区中并且邻接第一半导体区，其中第三半导体区的掺杂剂量朝向边缘表面而减小。边缘终止结构进一步包括第二半导体区的邻接第一主表面的表面区段以及非晶钝化层。该非晶钝化层具有高于109(=1E9)Ωcm(Ohm·cm)的特定电阻，被形成在第一主表面上，并且邻接第三半导体区和第二半导体区的表面区段。进一步地，边缘终止结构在半导体本体中在横向方向上具有宽度，并且第三半导体区的在与第一半导体区间隔开边缘终止结构的宽度的50%的横向位置处的电有源掺杂剂量至少为QBR/q，其中QBR是半导体本体的半导体材料的击穿电荷并且q是基元电荷。下面参照附图解释示例。附图用于图示某些原理，从而仅图示了为理解这些原理所必需的方面。附图不是成比例的。在附图中，相同的参考符号指代同样的特征。图1A示出半导体器件的一个区段的竖向横截面视图，该半导体器件包括在内部区中的pn结和在边缘区中的具有非晶钝化层的边缘终止结构；图1B图示在图1A中图示的半导体器件中的掺杂剂量轮廓的一个示例；图2图示在图1中示出的半导体器件的顶视图的一个示例；图3A图示取决于两个互补掺杂的半导体区中的较低掺杂的一个的掺杂浓度的形成在这两个半导体区之间的突变pn结处的临界电场；图3B图示取决于两个半导体区中的较低掺杂的一个的掺杂浓度的相对于形成pn结的两个半导体区中的较高掺杂的一个的基元电荷的击穿电荷；图4A和图4B图示图1中图示的类型的半导体器件的取决于半导体器件中的边缘终止结构的半导体区的掺杂剂量轮廓的电压阻断能力的依赖性和常规的半导体器件的取决于边缘终止结构的半导体区的掺杂剂量轮廓的电压阻断能力的依赖性；图5A和图5B图示在图1中图示的类型的半导体器件的电压阻断能力对掺杂剂量轮廓的斜率和掺杂剂量的依赖性；图6A和图6B图示在图1中图示的类型的半导体器件的电压阻断能力对掺杂剂量轮廓的斜率和掺杂剂量的依赖性的另一示例；图7A和图7B图示在图1中图示的类型的半导体器件中的横向电场对掺杂剂量轮廓的斜率的依赖性；图8示出实现为二极管的半导体器件的一个区段的竖向横截面视图；图9示出实现为晶体管器件的半导体器件的一个区段的竖向横截面视图；以及图10图示用于生产边缘终止结构的掺杂半导体区的方法的一个示例。在以下的详细描述中，参照随附附图。附图形成描述的一部分并且为了说明的目的示出可以如何使用和实现本专利技术的示例。要理解的是，除非另外特别指出，否则在此描述的各种实施例的特征可以彼此组合。图1A示意性地图示半导体器件的一个区段的竖向横截面视图。该半导体器件包括具有第一主表面101、边缘表面103、内部区110和边缘区120的半导体本体100。边缘区120被布置在内部区110和边缘表面103之间。半导体本体100可以由常规的半导体材料构成，常规的半导体材料诸如例如为硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、或砷化镓(GaAs)等。图2图示根据一个示例的半导体本体100的第一表面101的顶视图，以便图示在半导体本体100中内部区110相对于边缘区120的位置。参照图2，边缘区120围绕内部区110并且将内部区110与边缘表面103分离开。仅为了说明的目的，在图2中图示的示例中半导体本体100是矩形的。然而，这仅仅是示例。根据另一示例(未示出)，半导体本体100是圆形的。参照图1A，半导体器件进一步包括第一掺杂类型的第一半导体区11，其中第一半导体区11被布置在半导体本体100的内部区110中。在图1中示出的示例中，第一半导体区11邻接第一表面101。然而，这仅仅是示例。根据在此在下面进一步解释的进一步的示例，还可能的是以第一半导体区11与第一表面101间隔开这样的方式来实现第一半导体区11。半导体器件进一步包括第二掺杂类型的第二半导体区21，其中第二掺杂类型与第一掺杂类型互补。第二半导体区21被布置在内部区110和边缘区120中。进一步地，第二半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：/n半导体本体(100)，具有第一主表面(101)、边缘表面(103)、内部区(110)以及被布置在内部区(110)和边缘表面(103)之间的边缘区(120)；/n布置在内部区(110)中的第一掺杂类型的第一半导体区(11)和布置在内部区(110)和边缘区(120)中的第二掺杂类型的第二半导体区(21)，其中在第一半导体区(11)和第二半导体区(21)之间形成pn结(12)；以及/n边缘终止结构(30)，包括：/n第一掺杂类型的第三半导体区(31)，其被布置在边缘区(120)中并且邻接第一半导体区(11)，其中第三半导体区(31)的掺杂剂量朝向边缘表面(103)而减小；/n第二半导体区(21)的邻接第一主表面(101)的表面区段(33)；以及/n具有高于10

【技术特征摘要】
20190418 DE 102019110330.41.一种半导体器件，包括：
半导体本体(100)，具有第一主表面(101)、边缘表面(103)、内部区(110)以及被布置在内部区(110)和边缘表面(103)之间的边缘区(120)；
布置在内部区(110)中的第一掺杂类型的第一半导体区(11)和布置在内部区(110)和边缘区(120)中的第二掺杂类型的第二半导体区(21)，其中在第一半导体区(11)和第二半导体区(21)之间形成pn结(12)；以及
边缘终止结构(30)，包括：
第一掺杂类型的第三半导体区(31)，其被布置在边缘区(120)中并且邻接第一半导体区(11)，其中第三半导体区(31)的掺杂剂量朝向边缘表面(103)而减小；
第二半导体区(21)的邻接第一主表面(101)的表面区段(33)；以及
具有高于109Ωcm的特定电阻的非晶钝化层(32)，其形成在第一主表面(101)上，并且邻接第二半导体区(21)的表面区段(33)以及第三半导体区(31)，
其中，边缘终止结构(30)在半导体本体(100)中在横向方向上具有宽度(w30)，以及
其中，第三半导体区(31)的在与第一半导体区(11)间隔开边缘终止结构(30)的宽度(w30)的50%的横向位置(x1)处的电有源掺杂剂量至少为QBR/q，其中QBR是半导体本体(100)的半导体材料的击穿电荷并且q是基元电荷。


2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，非晶钝化层(31)被实现以使得钝化层(31)中的状态密度NF由下式给出：



其中
QBR是半导体本体(100)的半导体材料的击穿电荷，
Eg是半导体本体(100)的半导体材料的带隙，以及
ε=ε0·εr是半导体本体(100)的半导体材料的介电常数。


3.根据权利要求1或2所述的半导体器件，
其中，第二半导体区(21)的表面区段(33)的宽度(w33)小于在半导体本体(100)中的边缘终止结构(30)的宽度(w30)的1/3。


4.根据前述权利要求中的任何一项所述的半导体器件，
其中，第三半导体区(31)的最大电有源掺杂剂量(S0)选择自1.05倍的QBR/q和2倍的QBR/q之间。


5.根据前述权利要求中的任何一项所述的半导体器件，
其中，边缘终止结构的宽度(w30)在第二半导体区(21)的在半导体本体(100)在内部区(110)中的竖向方向(y)上的尺寸的2倍和3倍之间，特别是在2.2倍和2.8倍之间。


6.根据前述权利要求中的任何一项所述的半导体器件，进一步包括：
第二掺杂类型的沟道停止部(22)，其被布置在边缘区(12)中的第二半导体区(21)中，
其中，第二半导体区(21)的表面区段(33)和第三半导体区(31)被布置在第一半...

【专利技术属性】
技术研发人员：G施密特，E法尔克，
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