具有自充电场电极的半导体器件制造技术

本实用新型专利技术涉及具有自充电场电极的半导体器件。公开了一种半导体器件，其包括第一掺杂类型的漂移区、所述漂移区与器件区之间的结、以及所述漂移区中的至少一个场电极结构。所述场电极结构包括：场电极；场电极电介质，与所述场电极邻接并布置在所述场电极与所述漂移区之间，并且具有开口；场终止区和生成区中的至少一个。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术的实施例涉及半导体器件，具体涉及功率半导体器件。
技术介绍
功率半导体器件(如功率MOS (金属氧化物半导体)晶体管或功率二极管)包括漂移区以及在MOS晶体管中处于漂移区与体区(body region)之间且在二极管中处于漂移区与发射极区之间的pn结。漂移区的掺杂浓度低于体区和发射极区的掺杂浓度，使得当器件阻断时(其为在pn结反向偏置时)，耗尽区(空间电荷区)主要在漂移区中扩张。漂移区沿器件的电流流动方向的尺寸以及漂移区的掺杂浓度主要限定了半导体器件的电压阻断能力。在单极器件(如功率MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管))中，漂移区的掺杂浓度还限定了器件的导通电阻，其为处于导通状态的半导体器件的电阻。 当pn结反向偏置时，在pn结的两侧均电离掺杂剂原子，得到与电场相关联的空间电荷区。电场的场强幅度的积分与对pn结反向偏置的电压相对应,其中电场的最大值处于pn结处。当电场的最大值达到与用于实现漂移区的半导体材料的类型相关的临界场强时，发生雪崩击穿。当在漂移区中提供以下电荷时可以提高漂移区的掺杂浓度而不减弱器件的电压阻断能力所述电荷可以充当在Pn结反向偏置时漂移区中的电离掺杂剂原子的反电荷，使得耗尽区在漂移区中扩张。根据已知的概念，在漂移区中提供了场电极或场板，该场电极或场板通过场电极电介质与漂移区介质绝缘。这些场电极可以提供所需的反电荷。根据一个已知的概念，这些场电极电连接至固定的电位，如MOSFET中的栅极或源极电位。然而，这可以在场电极与漂移区中的与MOSFET中的漏极区接近的那些区之间产生高电压，使得将需要厚的场电极电介质。然而，厚的场电极电介质减小所期望的补偿效果。根据另一已知的概念，多个场电极在漂移区的电流流动方向上被布置为彼此远离(distant to)，并且这些场电极连接至不同的电压源以便将这些场电极偏置到不同电位。然而，实现电压源是困难的。根据另一已知的概念,场电极电连接至与穿过布置于半导体主体(semiconductorbody)之上的接触电极的漂移区相同的掺杂类型的掺杂半导体区。利用互补掺杂类型的半导体区来对漂移区至少部分地屏蔽该“耦合区”。存在着利用漂移区来减小导通电阻并增加半导体器件的电压阻断能力的需要。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是利用漂移区来减小导通电阻并增加半导体器件的电压阻断能力。第一实施例涉及一种半导体器件，其包括第一掺杂类型的漂移区、所述漂移区与器件区之间的结、以及所述漂移区中的至少一个场电极结构。所述场电极结构包括场电极；场电极电介质，与所述场电极邻接并布置在所述场电极与所述漂移区之间，并且具有开口 ；以及场终止区，具有所述第一掺杂类型并且比所述漂移区更重掺杂，所述场终止区通过所述场电极电介质的开口将所述场电极连接至所述漂移区。第二实施例涉及一种半导体器件，其包括第一掺杂类型的漂移区、所述漂移区与器件区之间的结、以及所述漂移区中的至少一个场电极结构。所述场电极结构包括场电极；场电极电介质，与所述场电极邻接并布置在所述场电极与所述漂移区之间，并且具有开口 ；以及生成区(generation region),通过所述场电极电介质的开口将所述场电极连接至所述漂移区或布置在所述场电极中。第三实施例涉及一种用于在半导体主体中产生场电极结构的方法。所述方法包括在所述半导体主体中形成沟槽；在所述沟槽的侧壁上形成第一电介质层；在所述沟槽的底部上形成第二电介质层；以及在所述第二电介质层上形成具有表面的第一多晶硅层。所述方法还包括在多晶硅层的表面的区域中形成空洞(void)，所述空洞延伸通过所述第一电介质层以便暴露所述半导体主体的半导体材料；以及在所述空洞中的所述半导体主体的被暴露的区域上生长单晶半导体材料并在所述第一多晶硅层上生长第二多晶硅层。所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层形成场电极，并且所述空洞之下的第一电介质层和所述第一电介质层形成场电极电介质。第三实施例涉及一种用于在半导体主体中产生场电极结构的方法。所述方法包括在第一半导体层中形成从第一表面延伸的沟槽；在所述沟槽的侧壁上形成第一电介质层；在所述沟槽的底部上形成第二电介质层；以及在所述沟槽中形成场电极，其中所述场电极不完全填充所述沟槽。所述方法还包括在所述第一表面上的第一半导体层的被暴露的部分上生长第二半导体层，所述第二半导体层还覆盖所述第一表面上的第一电介质层，所述第二半导体层所述沟槽之上留有开口 ；以及在所述第二半导体层上生长第三半导体层，所述第三半导体层闭合(close)所述沟槽，在所述场电极之上留有空洞。通过上述技术方案，半导体器件的导通电阻能够减小并且半导体器件的电压阻断能力能够增加。本领域技术人员将在阅读以下具体实施方式后并在查看附图后认识到附加的特征和优势。附图说明现在将参照附图来说明示例。附图用于示意基本原理，使得仅示意用于理解基本原理所必需的方面。附图不是按比例绘制的。在附图中，相同的参考标记表示相似的特征。在附图中图I示意了根据第一实施例的包括场电极结构的半导体器件的横截面视图；图2示意了根据第二实施例的包括场电极结构的半导体器件的横截面视图；图3示意了根据第三实施例的包括场电极结构的半导体器件的横截面视图；图4示意了根据第四实施例的包括场电极结构的半导体器件的横截面视图；图5示意了根据第五实施例的包括场电极结构的半导体器件的横截面视图；图6示意了根据第六实施例的包括场电极结构的半导体器件的横截面视图；图7示意了根据第七实施例的包括场电极结构的半导体器件的横截面视图；图8示意了根据第八实施例的包括场电极结构的半导体器件的横截面视图；图9示意了根据第九实施例的包括场电极结构的半导体器件的横截面视图；图10示意了在半导体器件阻断时场电极结构的区域中的半导体器件中的等位线.图11示意了条形(stripe-shaped)场电极结构；图12示意了堆形(pile-shaped)场电极结构；图13示意了根据第一实施例的半导体器件的横截面视图，该半导体器件包括沿半导体器件的电流流动方向彼此成一直线(in line with)布置的多个场电极结构；图14示意了根据第二实施例的半导体器件的横截面视图，该半导体器件包括在与电流流动方向垂直的方向上偏移布置的多个场电极结构；图15示意了包括多个场电极结构的半导体器件的另一实施例；·图16包括图16A至16D，示意了场电极结构的场电极和场电极电介质的可能形式或几何结构的另外实施例；图17示意了被实现为晶体管的半导体器件的第一实施例；图18示意了被实现为晶体管的半导体器件的第二实施例；图19示意了被实现为晶体管的半导体器件的第三实施例；图20示意了被实现为晶体管的半导体器件的第四实施例；图21示意了被实现为二极管的半导体器件的实施例；图22包括图22A至22H，示意了用于在半导体主体中产生场电极结构的方法的第一实施例，图22A至22H中的每一个示出了在各个过程步骤期间半导体主体的部分的横截面视图；图23包括图23A至23H，示意了用于在半导体主体中产生场电极结构的方法的第二实施例，图23A至23H中的每一个示出了在各个过程步骤期间半导体主体的部分的横截面视图。具体实施方式在以下具体实施方式中，参照了附图，这些附图形成以下具体实施方式的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：第一掺杂类型的漂移区；所述漂移区与器件区之间的结；以及所述漂移区中的至少一个场电极结构，所述至少一个场电极结构包括：场电极；场电极电介质，与所述场电极邻接并布置在所述场电极与所述漂移区之间，并且具有开口；以及场终止区，具有所述第一掺杂类型并且比所述漂移区更重掺杂，所述场终止区通过所述场电极电介质的开口将所述场电极连接至所述漂移区。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S加梅里特，F希尔勒，H韦伯，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：实用新型
国别省市：