具有垂直晶体管器件的半导体管芯制造技术

本公开涉及一种半导体管芯（1），包括垂直功率晶体管器件（2）、下拉晶体管器件（20）和电容器（C），其中下拉晶体管器件（20）连接在垂直功率晶体管器件（2）的栅极电极（5.1）和接地端子（150）之间，并且在导通状态下将栅极电极（5.1）连接到接地端子（150），并且其中电容器（C）连接在垂直功率晶体管器件（2）的负载端子（140）之一和下拉晶体管器件（20）的控制端子（145）之间，并且将一个负载端子（140）电容耦合到控制端子（145）。到控制端子（145）。到控制端子（145）。

【技术实现步骤摘要】
具有垂直晶体管器件的半导体管芯


[0001]本公开涉及具有垂直功率晶体管器件的半导体管芯。

技术介绍

[0002]垂直功率器件在半导体本体的相对侧处具有源极区和漏极区。经由栅极电极，可以控制其体区中的沟道路径形成，并且从而控制电流流动。取决于具体应用，具有垂直功率器件的管芯可以与其他管芯、例如与另外的功率器件和/或驱动芯片一起封装。DC
‑
DC转换器可以例如在公共封装中包括两个分立的功率晶体管和驱动芯片。

技术实现思路

[0003]本申请的目的是提供一种具有垂直功率器件的改进的半导体管芯及其制造方法。
[0004]该目的通过权利要求1的半导体管芯来实现。此外，这是通过权利要求15的方法来实现的。除了垂直功率器件之外，管芯还包括下拉晶体管器件，该下拉晶体管器件经由控制端子在导通和截止状态之间可切换。它连接在垂直器件的栅极电极和接地端子之间，并且在导通状态下将垂直器件的栅极电极接地。为了将下拉晶体管触发或切换到导通状态，在其控制端子和垂直器件的负载端子（即其源极区或特别是其漏极区）之间提供电容器。
[0005]在垂直器件的切换事件期间，相应负载端子处的电势上升并且对电容器充电。结果，例如在过冲事件中，下拉器件的控制端子也被充电。它切换到导通状态，将垂直器件的栅极电势拉至地电势。这可以例如限制垂直器件的栅极电极的电容性充电，其可以例如由过冲事件期间上升的漏极电势引起。例如，通过将栅极电极接地，可以使功率器件的栅极振荡最小化。
[0006]垂直器件和下拉器件以及耦合这两个器件的电容器在同一管芯中的单片集成可以使得能够实现更高阶的集成，从而降低例如封装水平的复杂性。例如，与用于下拉器件的外部驱动器相比，集成的电容器可以是由负载端子（例如漏极区）上的过冲所触发的自控设置。换句话说，下拉晶体管由过冲事件直接驱动，例如，而没有外部控制电路，这可以减少外部连接或接口的数量。
[0007]总的来说，本申请的方法是将垂直功率晶体管器件与下拉器件和将下拉器件的控制端子连接到垂直器件的触发电路单片地组合在同一管芯中。贯穿于本公开并且在从属权利要求中呈现了特定的实施例和特征。由此，将独立于特定的权利要求类别公开各个特征，本公开涉及装置和器件方面，但是也涉及方法和使用方面。例如，如果描述了以特定方式制造的器件或管芯，则这也是对相应制造过程的公开，并且反之亦然。
[0008]垂直器件的源极和漏极布置在管芯的相对侧处，特别是正侧处的源极区和背侧处的漏极区。其沟道区可以垂直延伸，即横向布置在例如在垂直栅极沟槽中形成的栅极区旁边。然而，特别地，沟道可以横向延伸，并且因此与栅极区垂直对准，详见下文。为垂直器件提供横向栅极可以例如简化横向器件到同一管芯中的集成，例如允许某种过程集成（下拉器件的一个或多个功率器件过程步骤的“再利用”）。
[0009]更一般的术语“负载端子”用于包括垂直功率器件的源极区和漏极区这两者。然而，特别地，电容器被连接在下拉器件的控制端子和垂直器件的漏极区之间。一般而言，功率器件可以用于所谓的高侧配置（即，连接在电源电压和负载之间的），下拉器件允许例如略微增加的切换速度或损耗减少（另一方面，垂直器件的雪崩可能在较低电流下发生，这可能影响长期稳定性）。具体而言，功率器件用于连接在负载和地之间的低侧配置，其中下拉器件可以例如使栅极振荡最小化，见上文。
[0010]在一个实施例中，第一电阻器形成在管芯中，并且连接在电容器和下拉器件的控制端子之间。例如在过冲事件中，例如当漏极电势上升并且对电容器充电时，下拉器件的控制端子经由第一电阻器充电。第一电阻器可以例如形成在金属化层中，该金属化层布置在比垂直器件的正侧金属化部更小的垂直高度上，在同一金属化层中，例如可以形成垂直器件的栅极重分布或栅极衬底或指状物。电阻也可以经由沟槽（例如第二电容器沟槽电极）中的多晶硅来调节，见下文。
[0011]在一个实施例中，第二电阻器形成在管芯中，并且连接在下拉器件的控制端子和接地端子之间。在正常操作期间，控制端子经由第二电阻器接地。例如，在过冲期间，它在当电荷经由第二电阻器浮起时控制端子回复到地电势之前被充电，并且下拉器件被切换到导通状态。像第一电阻器一样，第二电阻器可以形成在金属化层中和/或特别是经由垂直互连部形成，例如到正侧金属化部的互连部。电阻也可以经由布置在沟槽或孔中的多晶硅（例如栅极多晶硅）来调节。
[0012]通常，功率器件可以是具有n掺杂体区的p沟道器件。在特定实施例中，它是n沟道器件，并且体区是p掺杂的，并且源极区和漏极区是n掺杂的。特别地，源极区可以连接到管芯的接地端子，电容器连接在下拉器件的控制端子和功率器件的漏极区之间。换句话说，当处于导通状态时，下拉器件将栅极电极电连接到垂直器件的源极区。由于其中源极接地的低侧配置，因此下拉器件将栅极接地。
[0013]在与连接到功率器件的漏极区的电容器相关的实施例中，该漏极区被布置在管芯或半导体本体的背侧，并且形成电容器的第一电容器电极。换句话说，漏极区本身是电容器的一部分，过冲被直接拾取。具体而言，漏极区可以在管芯的整个背侧（“公共漏极背侧”）上延伸，详见下文。
[0014]在与连接到漏极区的电容器相关的实施例中，垂直器件和下拉器件的源极区经由垂直器件的正侧金属化部彼此连接。正侧金属化部可以由铜或者特别是铝（例如AlCu）制成。它可以基本上覆盖在其中形成功率器件的管芯区域。此外，它可以在形成下拉器件的区域上方延伸，例如完全覆盖后者。上述栅极金属化层可以被布置在较小的垂直高度上，例如至少部分延伸到正侧金属化层之下，并且它可以具有较小的垂直厚度。
[0015]在一个实施例中，下拉器件的漏极区经由栅极金属化层连接到垂直器件的栅极电极。对于垂直功率器件而言，可以在栅极金属化层中形成管芯的栅极衬垫（例如接合衬垫）和/或栅极流道。从垂直顶视图来看，栅极流道可以例如在垂直器件旁边横向延伸，例如在单元场旁边或周围呈I形、L形或U形。将栅极金属化层用于垂直器件的栅极电极和下拉器件之间的连接可以允许对现有层的“再利用”，使得能够实现例如过程集成。
[0016]在一个实施例中，下拉器件是横向器件，具有在半导体本体的正侧处形成的源极区和漏极区。在下拉器件下方，可以在半导体本体中形成阱区和/或屏蔽场电极区。特别地，
从垂直截面看，可以在相应的沟槽中形成至少两个屏蔽场电极区，阱区在沟槽之间横向延伸。横向下拉器件的至少一部分可以被布置在阱区和/或屏蔽场电极区上方。阱区和/或屏蔽场电极区可以被垂直布置在横向下拉器件和半导体管芯或本体的公共漏极背侧之间。
[0017]阱区可以掺杂有与垂直器件的源极区和漏极区相反的导电类型，例如在n沟道功率器件的情况下是p掺杂的。特别地，它可以电连接到垂直器件的源极区，并且降低或补偿背侧电势，特别是公共漏极电势。这同样适用于屏蔽场电极区，该屏蔽场电极区可以作为替代或者特别是与阱区相组合来提供。一个或多个屏蔽场电极可以由多晶硅或金属或这两者制成。考虑到制造或封装工作量，并且考虑到过程集成，公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体管芯（1），包括垂直功率晶体管器件（2），所述垂直功率晶体管器件（2）具有分别在半导体本体（10）的相对侧（10.a，10.b）处形成负载端子（140）的源极区（3）和漏极区（4），以及栅极电极（5.1）；下拉晶体管器件（20），所述下拉晶体管器件（20）具有控制端子（145）并且是经由所述控制端子（145）在导通状态和截止状态之间可切换的，以及电容器（C），其中所述下拉晶体管器件（20）连接在所述垂直功率晶体管器件（2）的栅极电极（5.1）和接地端子（150）之间，并且在导通状态下将栅极电极（5.1）连接到接地端子（150），并且其中电容器（C）连接在垂直功率晶体管器件（2）的负载端子（140）之一和下拉晶体管器件（20）的控制端子（145）之间，并且将所述一个负载端子（140）电容耦合到控制端子（145）。2.根据权利要求1所述的半导体管芯（1），第一电阻器（R1）形成在管芯（1）中，并且连接在电容器（C）和下拉晶体管器件（20）的控制端子（145）之间。3.根据权利要求1或2所述的半导体管芯（1），第二电阻器（R2）形成在管芯（1）中，并且连接在下拉晶体管器件（20）的控制端子（145）和接地端子（150）之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的半导体管芯（1），垂直功率晶体管器件（2）是n沟道器件，并且电容器（C）连接到其漏极区（4），其中所述垂直功率晶体管器件（2）的源极区（3）连接到接地端子（150）。5.根据前述权利要求中任一项所述的半导体管芯（1），所述电容器（C）连接到垂直功率晶体管器件（2）的漏极区（4），所述漏极区（4）布置在半导体本体（10）的背侧（10b）并形成电容器（C）的第一电容器电极（161）。6.根据前述权利要求中任一项所述的半导体管芯（1），其中垂直功率晶体管器件（2）的源极区（3）和下拉晶体管器件（20）的源极区（23）经由形成在半导体本体（10）的正侧（10a）上的垂直功率晶体管器件（2）的正侧金属化层（170）电连接，所述正侧金属化层（170）在所述下拉晶体管器件（20）上方延伸。7.根据前述权利要求中任一项所述的半导体管芯（1），其中下拉晶体管器件（20）的漏极区（24）和垂直功率晶体管器件（2）的栅极电极（5.1）在金属化层（180）中电连接，在金属化层（180）中形成管芯（1）的栅极衬垫（325）和/或在垂直功率晶体管器件（2）横向旁边的栅极流道（305）。8.根据前述权利要求中任一项所述的半导体管芯（1），下拉晶体管器件（20）具有带有横向沟道区（21.1）的体区（21），以及形成在半导体本体（10）的正侧（10a）的源极区和...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
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：