具有场电极的功率半导体器件制造技术

一种功率半导体器件包括：半导体主体，被配置成在功率半导体器件的第一负载端子和第二负载端子之间传导负载电流；源极区、沟道区和漂移体积，均被包括在半导体主体中，源极区被电连接至第一负载端子并且沟道区使源极区与漂移体积隔离；半导体区域，被包括在半导体主体中并且将漂移体积耦合至第二负载端子，在半导体区域和漂移体积之间建立第一过渡；控制电极，与半导体主体和负载端子中的每一个都绝缘并且被配置成控制沟道区中的负载电流的路径；以及沟槽，沿着延伸方向延伸到漂移体积中并且包括场电极。场电极的欧姆电阻大于控制电极的欧姆电阻。进一步地，场电极和第一过渡之间的距离占漂移体积在延伸方向上的总延伸的至少70%。

【技术实现步骤摘要】
具有场电极的功率半导体器件本申请是申请日为2017年7月18日，申请号为201710585097.0并且专利技术名称为“具有场电极的功率半导体器件”申请的分案申请。
该说明书涉及功率半导体器件的实施例，涉及处理功率半导体器件的方法的实施例并且涉及开关电源电路的实施例。特别地，该说明书涉及具有控制电极和场电极的功率半导体器件的实施例，并且涉及处理方法的对应实施例，并且涉及开关电源电路的对应实施例。
技术介绍
在汽车、用户和工业应用中的现代器件的许多诸如转换电能和驱动电动机或电机依赖半导体器件。例如，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和二极管（举几个示例）已被用于各种应用，所述各种应用包括但不限于电源和功率变换器中的开关。例如，功率半导体器件可包括一个或多个金属氧化物半导体（MOS）控制头，其中每个控制头都可具有至少一个控制电极和源极区以及邻近其布置的沟道区。该控制电极通常被称为“栅极电极”。为了将功率半导体器件设置成导通状态（在其期间正向方向上的负载电流可在器件的负载端子之间传导），控制电极可被提供有控制信号，该控制信号具有在第一范围内的电压以便在沟道区内感应负载电流路径。为了将功率半导体器件设置成阻断状态（在其期间施加于半导体器件的负载端子的正向电压可被阻断并且负载电流在正向方向上的流动被禁止），控制电极可被提供有控制信号，该控制信号具有在不同于第一范围的第二范围内的电压以便切断沟道区中的负载电流路径。然后，正向电压可在由功率半导体器件的沟道区和漂移区之间的过渡形成的结处感应耗尽区，其中该耗尽区也被称为“空间电荷区”并且可主要扩展到半导体器件的漂移区中。在该上下文中，沟道区被频繁地称为“主体区”，在其中可通过控制电极来感应所述负载电流路径（例如反型沟道）以便将半导体器件设置在导通状态中。在沟道区中没有负载电流路径的情况下，该沟道区可与漂移区一起形成阻断结。总的目标是保持在半导体器件处出现的损耗为低，其中所述损耗基本上是通过导通损耗和/或开关损耗造成的，以使得所述应用（例如所述电源或功率变换器）可呈现高的效率。为此，已经提出补偿结构，其也被称为“超级结结构”。除了控制电极之外，功率半导体器件可进一步包括场电极，其可被电连接至负载端子之一并且其可朝向另一负载端子延伸到漂移区中。场电极在功率半导体器件中的存在可能对由负载端子形成的容量有影响。所述容量在某些情况下也被称为CDS。进一步地，该容量CDS和/或在控制电极和负载端子之一之间形成的容量（在某些情况下也被称为CDG）可影响在开关过程期间电压和/或电流振荡的程度。
技术实现思路
根据一个示例，一种功率半导体器件包括：半导体主体，其被配置成在功率半导体器件的第一负载端子和第二负载端子之间传导负载电流；源极区、沟道区和漂移体积（driftvolume），均被包括在半导体主体中，该源极区被电连接至第一负载端子并且该沟道区使源极区与漂移体积隔离；半导体区域，其被包括在半导体主体中并且将漂移体积耦合至第二负载端子，在半导体区域和漂移体积之间建立第一过渡；控制电极，其与半导体主体和负载端子中的每一个都绝缘并且被配置成控制沟道区中的负载电流的路径；以及沟槽，其沿着延伸方向延伸到漂移体积中并且包括场电极。该场电极的欧姆电阻大于控制电极的欧姆电阻。进一步地，该场电极和第一过渡之间的距离占漂移体积在延伸方向上的总延伸的至少70%。根据另一示例，一种功率半导体器件包括：半导体主体，其被配置成在功率半导体器件的第一负载端子和第二负载端子之间传导负载电流；源极区、沟道区和漂移体积，均被包括在半导体主体中，该源极区被电连接至第一负载端子并且该沟道区使源极区与漂移体积隔离，其中至少该漂移体积沿着延伸方向的总延伸限定半导体器件的阻断电压；控制电极，其与半导体主体和负载端子中的每一个都绝缘并且被配置成控制沟道区中的负载电流的路径；以及沟槽，其沿着延伸方向延伸到漂移体积中并且包括通过场绝缘体与漂移体积隔离的场电极。该场电极的欧姆电阻大于控制电极的欧姆电阻。进一步地，该场绝缘体沿着第一横向方向的第一厚度和该场绝缘体沿着延伸方向的第二厚度中的至少一个相当于小于阻断电压乘以因子2nm/V。根据又另外的实施例，一种开关功率器件被配置成接收包括输入电压和输入电流中的至少一个的输入功率信号。该开关功率器件包括电路布置，其包括至少一个根据前述实施例之一的功率半导体器件。该电路布置被配置成将输入功率信号转换成包括输出电压和输出电流中的至少一个的输出功率信号，该输出功率信号不同于输入功率信号；并且该开关功率器件被配置成将该输出功率信号提供给电负载。本领域技术人员将在阅读下面的详细描述时和在查看附图时认识到附加的特征和优点。附图说明附图中的部分未必按比例，代替地，重点放在图示本专利技术的原理上。此外，在附图中，相似的参考数字指定对应的部分。在该附图中：图1示意性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；图2示意性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分；图3示意性地图示根据一个或多个实施例的开关功率器件的框图；图4示意性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件处理方法的图；图5示意性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件处理方法的图；图6-7均示意性地图示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8示意性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件的沟槽的垂直横截面的部分；图9示意性地图示与根据一个或多个实施例的功率半导体器件的场电极和控制电极相关联的欧姆电阻；图10示意性地图示与根据一个或多个实施例的功率半导体器件的控制电极相关联的欧姆电阻；图11示意性地图示与根据一个或多个实施例的功率半导体器件的场电极和控制电极相关联的欧姆电阻；图12示意性地图示与根据一个或多个实施例的功率半导体器件的场电极和控制电极相关联的欧姆电阻；以及图13-18均示意性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件的垂直横截面的部分。具体实施方式在下面的详细描述中，参考附图，所述附图形成本文中的一部分且在其中通过图示示出在其中可实践本专利技术的特定实施例。在这个方面，方向术语诸如“顶部”、“底部”、“在…以下”、“前”、“后”、“背面”、“领先”、“落后”、“在…以下”、“在…以上”等可与对正被描述的附图的取向的参考一起使用。因为实施例的部分能够定位在许多不同取向中，所以方向术语被用于说明的目的，并且决不是限制性的。应理解，在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以做出结构或逻辑改变。因此，不应以限制性意义理解下面的详细描述，并且由所附权利要求限定本专利技术的范围。现在将详细地参考各种实施例，所述各种实施例的一个或多个示例在附图中图示。每个示例通过解释来提供，并且不意味着是本专利技术的限制。例如，图示或描述为一个实施例的部分的特征能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件，包括：/n半导体主体，被配置成在功率半导体器件的第一负载端子和第二负载端子之间传导负载电流；/n源极区、沟道区和漂移体积，均被包括在半导体主体中，源极区被电连接至第一负载端子并且所述沟道区使源极区与漂移体积隔离；/n半导体区域，被包括在半导体主体中并且将漂移体积耦合至第二负载端子，在所述半导体区域和所述漂移体积之间建立第一过渡；/n控制电极，与半导体主体和负载端子中的每一个都绝缘并且被配置成控制沟道区中的负载电流的路径；以及/n沟槽，沿着延伸方向延伸到漂移体积中并且包括场电极，/n其中在平行于所述延伸方向的平面中，所述场电极的横截面面积小于所述控制电极的横截面面积，/n其中所述场电极的欧姆电阻大于所述控制电极的欧姆电阻。/n

【技术特征摘要】
20160718 DE 102016113183.01.一种功率半导体器件，包括：
半导体主体，被配置成在功率半导体器件的第一负载端子和第二负载端子之间传导负载电流；
源极区、沟道区和漂移体积，均被包括在半导体主体中，源极区被电连接至第一负载端子并且所述沟道区使源极区与漂移体积隔离；
半导体区域，被包括在半导体主体中并且将漂移体积耦合至第二负载端子，在所述半导体区域和所述漂移体积之间建立第一过渡；
控制电极，与半导体主体和负载端子中的每一个都绝缘并且被配置成控制沟道区中的负载电流的路径；以及
沟槽，沿着延伸方向延伸到漂移体积中并且包括场电极，
其中在平行于所述延伸方向的平面中，所述场电极的横截面面积小于所述控制电极的横截面面积，
其中所述场电极的欧姆电阻大于所述控制电极的欧姆电阻。


2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中：
欧姆场电极电阻等于第一路径的内部电阻与场电极的分布电阻的总和；并且
欧姆控制电极电阻仅是控制电极的分布电阻并且不包括由在第二路径中提供的欧姆电阻器构成的内部电阻。


3.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其中：
场电极的分布电阻至少由布置在所述沟槽中的场电极的部分构成；
并且控制电极的分布电阻至少由控制负载电流的路径的控制电极的部分构成。


4.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述控制电极由第一材料制成，并且其中所述场电极由第二材料制成，所述第二材料呈现比第一材料的电导率更小的电导率。


5.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述沟槽包括控制电极和场电极中的每一个。


6.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述漂移体积包括超级结结构，所述超级结结构至少由具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区和具有第二导电类型的掺杂剂的邻近补偿区形成。


7.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述场电极和第一过渡之间的距离占漂移体积在所述延伸方向上的总延伸的至少70%。


8.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中，所述控制电极的横截面面积大于所述场电极的横截面面积的1.1倍。


9.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中，所述控制电极的横截面面积大于所述场电极的横截面面积的1.5倍。


10.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中，所述控制电极的横截面面积大于所述场电极的横截面面积的2倍。


11.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中，在与所述延伸方向平行的平面中，所述场电极的总延伸小于所述控制电极的总延伸。


12.根据权利要求11所述的功率半导体器件，其中，所述控制电极的总延伸大于所述场电极的总延伸的1.1倍。


13.根据权利要求11所述的功率半导体器件，其中，所述控制电极的总延伸大于所述场电极的总延伸的1.5倍。


14.根据权利要求11所述的功率半导体器件，其中，所述控制电极的总延伸大于所述场电极的总延伸的2倍。


15.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中，所述场电极的非接触区的横向延伸大于所述控制电极的非接触区的横向延伸。


16.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中，所述场电极比所述控制电极沿着所述延伸方向延伸得更多。


17.一种开关功率器件，被配置成接收输入功率信号，所述输入功率信号包括输入电压和输入电流中的至少一个，其中
所述开关功率器件包括电路布置，所述电路布置包括功率半导体器件，所述功率半导体器件包括：半导体主体，被配置成在功率半导体器件的第一负载端子和第二负载端子之间传导负载电流；源极区、沟道区和漂移体积，均被包括在半导体主体中，源极区被电连接至第一负载端子并且所述沟道区使源极区与漂移体积隔离；半导体区域，被包括在半导体主体中并且将漂移体积耦合至...

【专利技术属性】
技术研发人员：F希尔勒，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT