具有减小的且可调的导通电阻的补偿元件制造技术

本发明专利技术涉及一种补偿元件，其中漂移区（２）内的补偿区域（５）以Ｖ状形式被配置，以便从而实现空间电荷区（９）从补偿区域（５）的上端到下端的会聚。因而使阶跃电容曲线平滑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有减小的且可调的导通电阻的补偿元件。该补偿元件可以是直立补偿元件或可选择地是横向补偿元件。这种情况下，该补偿元件优选是一种功率场效应晶体管。
技术介绍
关于补偿元件，众所周知，有非常多的关于形成补偿区域的现有技术。在这方面，作为其它文献的实例和典型代表，尤其参照如下US 6 630 698 B1公开了一种场效应晶体管，其中p-导电柱形式的补偿区域具有可变掺杂，使得p-导电柱在源极附近的区域具有比漏极附近的区域更高的掺杂。这种情况下，这些p-导电柱总是有相同的、恒定的横截面。在US 6 639 272 B2中，在补偿区域的P-导电柱中的同样可变掺杂可以通过使各个外延层的层厚不同来实现，上述外延层与在其长度上具有基本一致的横截面的p-导电柱相结合。US 4 754 310 A1，US 5 216 275 A1，US 6 621 122 B2和US 2004/108568 A1给出了由具有恒定的横截面的补偿区域组成的补偿元件的其它例子。此外，例如从US 6 512 267 B2，US 6 410 958 B1和US 6 433 385 B1中公知采用沟槽技术(trench technology)的补偿元件。在这些文献中，这些补偿区域也在其长度上具有基本恒定的横截面。仅仅在最后被提及的US 6 433 385 B1中描述了一个具有“延长的p-区”(延长的p-导电区)的沟槽晶体管，所述“延长的p-区”被埋入充填氧化物的沟槽之间并且用作补偿区域。这里，沟槽在其下部比在其上部具有更小的横截面，使得补偿区域在漂移区的更深区域比在不太深的区域具有更大的横截面。US 6 677 643 B2揭示了一种补偿元件，其中补偿区域在源区附近比漏区附近具有更大的间距，由此可以产生以下结构，其中具有较大的横截面的补偿区域在源极电极与漏极电极之间的直立方向上邻接具有较小的横截面的补偿区域。虽然之前在上面所提及的常规补偿元件都具有直立结构，但US 6 858 884B2描述了一种具有横向结构的补偿元件，这里补偿区域就其横截面而言在源极电极和漏极电极之间的方向上减小。然而，补偿区域在漏极侧直接一直延伸到高掺杂的衬底，使得在所述衬底和补偿区域之间没有“基础层(pedestallayer)”保留。该文献没有论述补偿区域的形式与补偿元件的作为漏源电压函数的电容的曲线(profile)之间的任何关系。最后，WO 2005/065385 A2揭示了一种场效应晶体管形式的补偿元件，其中浮置p-导电补偿区域位于源极和漏极之间的漂移区中，所述补偿区域的直径随着与源极电极距离的增加而减小。减小直径的目的是产生浮置p-导电区以得到增加的击穿电压。在这种补偿元件的情况下不提供连续的补偿柱。以上的许多文献通过关于已被关注的补偿元件的广泛的现有技术的例子被引用。然而，必须强调的是，无论如何在这些文献中以及在被研究的其他现有技术中，没有显性地讨论补偿区域形式(也就是说补偿区域的几何形状)与补偿元件的作为漏极和源极之间所存在的电压的函数的电容(也就是说输出电容)的曲线之间的关系。现在研究表明，特别体现为补偿元件的高电压功率晶体管具有特殊的特性，即其中在给定小漏源电压的情况下输出电容是非常大的，但是当漏源电压增加时很快地减小几个数量级，在具有高输出电容的范围与无输出电容的范围之间的过渡不以任何方式以连续方式实现，而是以阶跃方式实现。以上输出电容Coss对漏源电压VDS的依赖关系以对数表示方式显示在图1中。所研究的补偿场效应晶体管的输出电容随漏源电压VDS增加而快速下降的各个步骤这里都可以清楚地看出。对输出电容的该快速下降的物理学背景将在下面被详细地解释。这里应该注意的是反馈电容、即栅极和漏极之间的电容以相似的方式表现，并且由于额外地包含在输出电容中的漏源电容而采取比输出电容更小的值。图2示意性地示出了n-导电漂移区2内的p-导电补偿区域5，补偿区域5与漂移区2之间的pn结10是柱状形式的。源极接触位于图2的上边缘，而漏极接触被假定处于下边缘。如果在补偿元件处于接通状态时漏极接触与源极接触间存在10V，则空间电荷区9形成，其中如果所述补偿区域的内部保持在源极电势，但是在漂移区2内围绕补偿区域5的区域由于所述漂移区2的体电阻而缓慢上升到漏极电势，则空间电荷区在柱型补偿区域5周围延伸。空间电荷区9特别地延伸在补偿区域的下漏极侧端，使得尤其这里在漂移区2仅保留所限定的相对窄的区域用于电流流动。于是，如果多个补偿区域以其径向广度彼此平行地位于源极接触和漏极接触之间并且漏极和源极之间的电压连续增加，则平行的补偿区域的空间电荷区9最终将会聚。在空间电荷区9会聚时，空间电荷区的几何形状和有效厚度大大变化，这可以从电容曲线中的阶跃看出来。因而，输出电容的急剧下降(参见图1)和其阶跃曲线最终是由空间电荷区的会聚导致的，在该情况下应该考虑的是所述空间电荷区在漏极侧、补偿区域的下端彼此接触。当它们接触的时该时刻，漂移路径的整个上部变得对于电容无效，从而显著的阶跃可以被解释。根据图1的例子的输出电容的陡峭曲线导致陡峭的电压沿，这对于采用这种补偿元件的电路的电磁兼容性(EMC行为)是非常不利的。这尤其适用于输出电容曲线中的大阶跃的范围。总之，因此可以确定的是作为漏源电压函数的输出电容的较小阶跃曲线对于补偿元件的EMC行为是非常有利的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是详细说明一种补偿元件，其中电容曲线尽可能平滑，以便从而得到有利的EMC行为，并且可以通过尽可能低的导通电阻来表征所述补偿元件。该目标对于直立结构可以通过具有权利要求1的特征的补偿元件来实现以及对于横向结构通过具有权利要求2的特征的补偿元件来实现。本专利技术的有益的改进可以从从属权利要求中得出。因此，在依照本专利技术的补偿元件的情况下，一个或多个补偿区域在第一和第二电极之间的方向上、也即尤其是在源极和漏极之间的方向上随着与本体区(body zone)的距离的增加而具有不断减少的横截面，使得一个或多个补偿区域以“V”状方式被设计。换句话说，所谓的补偿柱从而以“V”状方式被配置。通过一个或多个补偿区域的这种配置实现的是通过会聚空间电荷区来阻止漂移路径的上部区域中的所述“夹断(pinch-off)”或“截止(cut-off)”。因而，尽管电容曲线中的阶跃(参见图1)仍旧存在，不过它们大大不显著，使得当漏源电压上升时电容的下降全面较慢地实现。该更小阶跃的电容曲线对补偿元件的EMC行为产生有利的影响。“V”状柱结构的另一优点是减小的导通电阻。对于所存在的同样的漏极电压，在根据本专利技术的元件(参见图4a)的情况下空间电荷区穿入例如n-导电补偿区域显著地要比在常规元件(参见图4b)的情况少。既然所述n型区域的横截面对导通电阻有很大影响，在该情况下有V状p-导电柱的结构具有显著改善的导通电阻。如果补偿元件存在于直立结构中，则重要的是一个或多个补偿区域都以相邻方式被配置、就是说没有浮置区域。因此在根据本专利技术的直立补偿元件的情况下不存在如可从上述WO 2005/065385 A2推断的这种浮置区域。相反，如果涉及横向结构的补偿元件，则重要的是漂移区的基础区域附加地保留在漂移区的补偿区域末端与第二区(一般是漏极区)之间。因此，对照于US本文档来自技高网...

【技术保护点】
包括第一导电型的半导体本体（１，２）的直立补偿元件，其中与第一导电型相对的第二导电型的邻接第一电极（Ｇ，Ｓ）的本体区（３）、和第一导电型的漂移区（２）在至少一个第一电极（Ｇ，Ｓ）和第二电极（Ｄ）之间延伸，所述第一电极被设置在具有第一导电型的第一区域（４）的半导体本体的第一主表面（７）上，所述第二电极以距所述第一电极（Ｇ，Ｓ）的距离被设置在相对于第一主表面（７）的、具有第二区（１）的半导体本体的第二主表面（１２）上，所述漂移区位于本体区（３）和第二区（１）之间并且与第一和第二区（４，１）相比较弱地被掺杂，第二导电型的至少一个补偿区域（５）在漂移区（２）中位于本体区（３）之下，所述补偿区域以柱状形式连续地被配置并且以平行于连接方向的其纵向方向在第一和第二电极之间延伸，其中补偿区域（５）在朝向第二电极的方向上 具有锥形横截面。

【技术特征摘要】
DE 2006-1-16 102006002065.01.包括第一导电型的半导体本体(1，2)的直立补偿元件，其中与第一导电型相对的第二导电型的邻接第一电极(G，S)的本体区(3)、和第一导电型的漂移区(2)在至少一个第一电极(G，S)和第二电极(D)之间延伸，所述第一电极被设置在具有第一导电型的第一区域(4)的半导体本体的第一主表面(7)上，所述第二电极以距所述第一电极(G，S)的距离被设置在相对于第一主表面(7)的、具有第二区(1)的半导体本体的第二主表面(12)上，所述漂移区位于本体区(3)和第二区(1)之间并且与第一和第二区(4，1)相比较弱地被掺杂，第二导电型的至少一个补偿区域(5)在漂移区(2)中位于本体区(3)之下，所述补偿区域以柱状形式连续地被配置并且以平行于连接方向的其纵向方向在第一和第二电极之间延伸，其中补偿区域(5)在朝向第二电极的方向上具有锥形横截面。2.包括半导体本体的横向补偿元件，其中与第一导电型相对的第二导电型的邻接第一电极(G，S))的本体区(3)、和第一导电型的漂移区(2)在用于第一导电型的第一区(14)的至少一个第一电极(G，S)和用于第二区(15，16)的以距第一电极一距离而被设置的第二电极(D)之间延伸，所述漂移区位于本体区(3)和第二区(15，16)之间并且与第一和第二区相比是弱掺杂的，第二导电型的至少一个补偿区域(5)以邻接本体区(3)的方式位于漂移区(2)中，所述补偿区域在朝向第二电极的方向上具有锥形横截面。其中补偿区域(5)仅仅在某一广度上以从第二导电型的区(3)朝向第二区(15，16)的行进方式在漂移区(2)中延伸，使得漂移区(2)的基础区域(14)保留在第二区(15，16)之前并且以邻接所述第二区(15，16)的方式保留在补偿区域(5)的末端和第二区之间。3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：A威尔默罗思，H卡佩尔斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利股份公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]