具有高雪崩健壮性的晶体管装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及具有高雪崩健壮性的晶体管装置。公开了一种晶体管装置。晶体管装置包括：漏极节点、源极节点和栅极节点；多个漂移和补偿基元，均包括第一掺杂类型的漂移区和与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的补偿区；和控制结构，连接在每个漂移和补偿基元的漂移区和源极节点之间。多个漂移和补偿基元中的每个的漂移区被耦合到漏极节点，并且所述多个漂移和补偿基元中的每个的补偿区被耦合到源极节点。

【技术实现步骤摘要】
具有高雪崩健壮性的晶体管装置
本公开一般地涉及一种晶体管装置，具体地讲，涉及一种超结晶体管装置。
技术介绍
超结晶体管装置(也经常被称为补偿晶体管装置)包括装置区域，装置区域具有第一掺杂类型(导电型)的至少一个区域和与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型(导电型)的至少一个区域。第一掺杂类型的所述至少一个区域经常被称为漂移区，并且第二掺杂类型的所述至少一个区域经常被称为补偿区(但也存在这样的出版物：在所述出版物中具有第一掺杂类型的所述至少一个区域和第二掺杂类型的所述至少一个区域的总体区域被称为漂移区)。漂移区被耦合到漏极节点，并且补偿区被耦合到晶体管装置的源极节点。超结晶体管装置还包括控制结构，控制结构具有：源极区域和主体区域，均耦合到源极节点；和栅电极，通过栅极电介质与主体区域介电绝缘。这个控制结构定义晶体管装置的操作状态。在接通状态下，在主体区域中沿着源极区域和漂移区之间的栅极电介质存在导电沟道。在断开状态下，导电沟道被中断。如果在断开状态下在源极节点和漏极节点之间施加使主体区域和漂移区之间的pn结以及补偿区和漂移区之间的pn结反向偏置的外部电压，则空间电荷区(耗尽区)在漂移区和补偿区中的每个区域中扩展。在断开状态下，晶体管装置阻止漏极节点和源极节点之间的电流，除非源极节点和漏极节点之间的电压达到通常称为击穿电压电平(或简称为击穿电压)的电压电平。当所述电压达到击穿电压时，发生雪崩击穿，所述雪崩击穿使雪崩电流流动。雪崩击穿与漂移区中的电荷载流子的加速关联，从而它们通过碰撞电离来创建电子空穴对。通过碰撞电离而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。超结装置能够被设计为在某个时间期间承受雪崩电流。在雪崩状态下，大量的功率可能在晶体管装置中耗散，如果雪崩电流持续的时间超过达到热限制(也就是说，使晶体管装置过热)所花费的时间，则这可能由于过热而最后导致破坏。需要提供一种在给定电压阻断能力下具有低接通电阻和高雪崩健壮性的超结晶体管装置。
技术实现思路
一个示例涉及一种晶体管装置。所述晶体管装置包括：漏极节点、源极节点和栅极节点；多个漂移和补偿基元，每个漂移和补偿基元包括第一掺杂类型的漂移区和与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的补偿区；和控制结构，连接在每个漂移和补偿基元的漂移区和源极节点之间。所述多个漂移和补偿基元中的每个漂移和补偿基元的漂移区被耦合到漏极节点，并且所述多个漂移和补偿基元中的每个漂移和补偿基元的补偿区被耦合到源极节点。漂移区的第一类型掺杂浓度N1高于第一掺杂水平L1并且补偿区的第二类型掺杂浓度N2高于第二掺杂水平L2，其中并且其中εS是漂移区和补偿区的半导体材料的介电常数，EC是半导体材料的雪崩击穿的临界电场，q是基本电荷，w1是沿与电流流动方向垂直的方向的漂移区的宽度，并且w2是沿与电流流动方向垂直的方向的补偿区的宽度。另一示例涉及一种晶体管装置。所述晶体管装置包括：漏极节点、源极节点和栅极节点；多个漂移和补偿基元，每个漂移和补偿基元包括第一掺杂类型的漂移区和与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的补偿区；和控制结构，连接在每个漂移和补偿基元的漂移区和源极节点之间。所述多个漂移和补偿基元中的每个漂移和补偿基元的漂移区被耦合到漏极节点，并且所述多个漂移和补偿基元中的每个漂移和补偿基元的补偿区被耦合到源极节点。沿晶体管装置的电流流动方向，所述多个漂移和补偿基元中的每个漂移和补偿基元具有第一端、与第一端相对的第二端、与第一端和第二端分隔开的第一中间位置以及与第一端和第二端分隔开的第二中间位置。表示沿电流流动方向的漂移区的掺杂浓度的第一掺杂分布图的第一掺杂参数在第一中间位置和第一端之间单调地增加，并且表示沿电流流动方向的补偿区的掺杂浓度的第二掺杂分布图的第二掺杂参数在第二中间位置和第二端之间单调地增加。附图说明以下参照附图解释示例。附图用于图示某些原理，以使得仅图示对于理解这些原理所需的方面。附图未必按照比例绘制。在附图中，相同的标号表示相同的特征。图1示意性地图示包括控制结构以及多个漂移和补偿基元的超结晶体管装置的垂直剖视图；图2图示包括多个控制基元的控制结构的一个示例；图3图示包括多个控制基元的控制结构的另一示例；图4示出根据一个示例的超结晶体管装置的一个部分的透视剖视图；图5至8图示根据不同示例的漂移和补偿基元；图9示出一个漂移和补偿基元的放大视图；图10图示图9中示出的补偿区22的掺杂分布图的一个示例；图11示出图9中示出的漂移区的掺杂分布图的示例；图12图示图9中示出的补偿区22的掺杂分布图的一个示例；图13示出图9中示出的漂移区的掺杂分布图的示例；图14图示图9中示出的补偿区22的掺杂分布图的一个示例；图15示出图9中示出的漂移区的掺杂分布图的示例；图16示出基于多个外延层形成的漂移和补偿基元的垂直剖视图；图17示出图16中示出的类型的漂移和补偿基元的漂移区和补偿区的掺杂分布图的示例；图18示出功率转换器电路的方框图；图19示出具有反激式转换器拓扑的功率转换器电路；和图20A至20C示出功率转换器电路中的电子开关可如何接收驱动信号的示例。具体实施方式在下面的详细描述中，参照附图。附图形成描述的一部分，并且作为说明示出了可实施本专利技术的特定实施例。应该理解，除非另外具体地指出，否则本文中描述的各种实施例的特征可彼此组合。图1示意性地图示晶体管装置(特别地，超结晶体管装置)的一个部分的剖视图。参照图1，晶体管装置包括半导体主体100以及半导体主体100中的多个漂移和补偿基元20。所述多个漂移和补偿基元20中的每个漂移和补偿基元20包括第一掺杂类型(导电型)的至少一个漂移区21、与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的至少一个补偿区22。第一掺杂类型是n型和p型之一，并且第二掺杂类型是n型和p型中的另一个。每个漂移和补偿基元的所述至少一个漂移区21和所述至少一个补偿区22彼此邻接，从而所述多个漂移和补偿基元20中的每个漂移和补偿基元20包括所述至少一个漂移区21和所述至少一个补偿区之间的至少一个pn结。仅为了说明的目的，图1以及以下解释的其它示例中示出的漂移和补偿基元20中的每一个包括一个漂移区21、一个补偿区22和一个pn结。然而，这仅是示例。一个漂移和补偿基元也可包括超过一个漂移区和超过一个补偿区。另外，在图1中示出的示例中，邻近漂移和补偿基元20的漂移区21由第一掺杂类型的一个半导体区域23形成，并且邻近漂移和补偿基元20的补偿区22由第二掺杂类型的一个半导体区域24形成。具有第一和第二掺杂类型的半导体区域23、24的半导体结构的间距p分别由两个邻近的第一掺杂类型的半导体区域23之间的中心距离或两个邻近的第二掺杂类型的半导体区域24之间的中心距离给出。在图1中示出的示例(其中沿半导体主体100的第一侧向方向x的每个漂移区21的宽度基本上是第一掺杂类型的一个半导体区域23的宽度的50%并且其中沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率转换器电路，包括：/n电感器和整流器电路，被配置为接收输入电压和输入电流并且基于输入电压和输入电流提供输出电压和输出电流，所述电感器和整流器电路包括与电子开关串联连接的电感器，和整流器电路；以及/n控制器，被配置为生成用于驱动所述电感器和整流器电路的电子开关的驱动信号，/n其中，电子开关包括：/n漏极节点，源极节点和栅极节点；/n多个漂移和补偿基元，每个漂移和补偿基元包括第一掺杂类型的漂移区和与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的补偿区；和/n控制结构，连接在漂移和补偿基元中的每个的漂移区与源极节点之间，/n其中，多个漂移和补偿基元中的每个的漂移区耦合到漏极节点，并且多个漂移和补偿基元中的每个的补偿区耦合到源极节点，/n其中漂移区的第一类型掺杂浓度N

【技术特征摘要】
20160825 DE 102016115805.41.一种功率转换器电路，包括：
电感器和整流器电路，被配置为接收输入电压和输入电流并且基于输入电压和输入电流提供输出电压和输出电流，所述电感器和整流器电路包括与电子开关串联连接的电感器，和整流器电路；以及
控制器，被配置为生成用于驱动所述电感器和整流器电路的电子开关的驱动信号，
其中，电子开关包括：
漏极节点，源极节点和栅极节点；
多个漂移和补偿基元，每个漂移和补偿基元包括第一掺杂类型的漂移区和与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的补偿区；和
控制结构，连接在漂移和补偿基元中的每个的漂移区与源极节点之间，
其中，多个漂移和补偿基元中的每个的漂移区耦合到漏极节点，并且多个漂移和补偿基元中的每个的补偿区耦合到源极节点，
其中漂移区的第一类型掺杂浓度N1高于第一掺杂水平L1，并且补偿区的第二类型掺杂浓度N2高于第二掺杂水平L2，
其中，
其中，
其中εS是漂移区和补偿区的半导体材料的介电常数，EC是半导体材料的雪崩击穿的临界电场，q是基本电荷，w1是沿与电流流动方向垂直的方向的漂移区的宽度，并且w2是沿与电流流动方向垂直的方向的补偿区的宽度。


2.根据权利要求1所述的功率转换器电路，其中，所述控制器被配置为基于电感器电流信号和由反馈电路生成的反馈信号来生成所述驱动信号，并且其中，所述电感器电流信号表示通过所述电感器和整流器电路的电感器的电流。


3.根据权利要求2所述的功率转换器电路，其中，所述电感器电流信号与所述电感器电流成比例。


4.根据权利要求2所述的功率转换器电路，其中，所述反馈电路被配置为基于控制信号来生成所述反馈信号。


5.根据权利要求4所述的功率转换器电路，其中，所述控制信号表示要被调节的功率转换器电路的至少一个参数。


6.根据权利要求5所述的功率转换器电路，其中，所述控制信号与要被调节的功率转换器电路的所述至少一个参数成比例。


7.根据权利要求4所述的功率转换器电路，其中，所述功率转换器电路被配置为调节所述输出电压，并且其中，所述控制信号表示所述输出电压。


8.根据权利要求1所述的功率转换器电路，其中，所述驱动信号是脉宽调制（PWM）信号，并且其中，所述控制器被配置为改变PWM驱动信号的占空比，从而控制所述输入电流以便调节要被控制的功率转换器电路的至少一个参数。


9.根据权利要求8所述的功率转换器电路，其中，要被控制的功率转换器电路的所述至少一个参数是输出电压。


10.根据权利要求1所述的功率转换器电路，其中，所述电感器和整流器电路具有反激式转换器拓扑，其中，所述电感器是具有初级绕组和次级绕组的变压器，其中，所述初级绕组与所述电子开关串联连接，其中，具有次级绕组和整流器电路的串联电路与电容器并联连接，并且其中所述输出电压横跨电容器可获得。


11.根据权利要求1所述的功率转换器电路，其中，电子开关的所述栅极节点被配置为经由电阻器接收驱动信号。


12.根据权利要求11所述的功率转换器电路，还包括具有整流器元件和与所述电阻器并联连接的另一个电阻器的串联电路，其中，所述整流器元件的极性使得所述电子开关的内部栅极源极电容能够经由另一个电阻器被放电但是不被充电。


13.根据权利要求12所述的功率转换器电路，还包括与所述电阻器串联连接的另一整流器元件，其中，所述另一整流器元件的极性使得所述电子开关的所述内部栅极源极电容能够经由所述电阻器被充电但是不被放电。


14.一种功率转换器电路，包括：
电感器和整流器电路，被配置为接收输入电压和输入电流并且基于输入电压和输入电流提供输出电压和输出电流，所述电感器和整流器电路包括与电子开关串联连接的电感器，和整流器电路；以及
控制器，被配置为生成用于驱动所述电感器和整流器电路的电子开关的驱动信号，
其中，电子开关包括：
漏极节点，源极节点和栅极节点；
多个漂移和补偿基元，每个漂移和补偿基元包括第一掺杂类型的漂移区和与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的补偿区；和
控制结构，连接在漂移和补偿基元中的每个的漂移区与源极节点之间，
其中，多个漂移和补偿基元中的每个的漂移区耦合到漏极节点，并且多个漂移和补偿基元中的每个的补偿区耦合到源极节点，
其中，沿晶体管装置的电流流动方向，多个漂移和补偿基元中的每个具有第一端，与第一端相对的第二端，与第一端和第二端分隔开的第一中间位置，以及与第一端和第二端分隔开的第二中间位置，
其中，表示沿电流流动方向的漂移区的掺杂浓度的第一掺杂分布图的第一掺杂参数在第一中间位置和第一端之间单调地增加，并且
其中，表示沿电流流动方向的补偿区的掺杂浓度的第二掺杂分布图的第二掺杂参数在第二中间位置和第二端之间单调地增加。


15.根据权利要求14所述的功率转换器电路，其中，所述控制器被配置为基于电感器电流信号和由反馈电路生成的反馈信号来生成所述驱动信号，并且其中，所述电感器电流信号表示通过所述电感器和整流器电路的电感器的电流。


16.根据权利要求15所述的功率转换器电路，其中，所述电感器电流信号与所述电感器电流成比例。


17.根据权利要求15所述的功率转换器电路，其中，所述反馈电路被配置为基于控制信号来生成所述反馈信号。


18.根据权利要求17所述的功率转换器电路，其中，所述控制信号表示要被调节的功率转换器电路的至少一个参数。


19.根据权利要求18所述的功率转换器电路，其中，所述控制信号与要被调节的功率转换器电路的所述至少一个参数成比例。


20.根据权利要求17所述的功率转换器电路，其中，所述功率转换器电路被配置为调节所述输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：B菲舍尔，G弗拉贾科莫，R门特，A维尔梅罗特，
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