具有場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]諸如IGFET (絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和IGBT (絕緣柵雙極晶體管)的功率半導(dǎo)體器件是典型垂直器件，其具有在半導(dǎo)體管芯的前側(cè)處的第一表面和在背側(cè)處的第二表面之間的負(fù)載電流流動(dòng)。在阻斷模式中，從前側(cè)延伸到半導(dǎo)體管芯中的條形補(bǔ)償結(jié)構(gòu)耗盡在半導(dǎo)體管芯中的漂移區(qū)。所述補(bǔ)償結(jié)構(gòu)允許在漂移區(qū)中的更高的摻雜劑濃度而對(duì)阻斷能力沒(méi)有不利影響。更高的摻雜劑濃度進(jìn)而減少器件的開態(tài)電阻。
[0002]期望提供具有低歐姆損耗的可靠的半導(dǎo)體器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]用獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。從屬權(quán)利要求涉及進(jìn)一步的實(shí)施例。
[0004]根據(jù)實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包含具有臺(tái)面區(qū)段的半導(dǎo)體本體，所述臺(tái)面區(qū)段包含整流結(jié)構(gòu)和第一漂移區(qū)區(qū)段。所述臺(tái)面區(qū)段包圍場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)包含場(chǎng)電極和夾在所述場(chǎng)電極和所述半導(dǎo)體本體之間的場(chǎng)電介質(zhì)。在平行于所述半導(dǎo)體本體的第一表面的測(cè)量平面中的所述場(chǎng)電極的最大水平延伸是至多500 nm。
[0005]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，電子組件包含半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包含具有臺(tái)面區(qū)段的半導(dǎo)體本體。所述臺(tái)面區(qū)段包含整流結(jié)構(gòu)和第一漂移區(qū)區(qū)段。所述臺(tái)面區(qū)段包圍場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)包含場(chǎng)電極和夾在所述場(chǎng)電極和所述半導(dǎo)體本體之間的場(chǎng)電介質(zhì)。在平行于所述半導(dǎo)體本體的第一表面的測(cè)量平面中的所述場(chǎng)電極的最大水平延伸是至多 500 nm。
[0006]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包含具有臺(tái)面區(qū)段的半導(dǎo)體本體。每個(gè)臺(tái)面區(qū)段包含整流結(jié)構(gòu)和第一漂移區(qū)區(qū)段。至少分節(jié)段的條形場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)被夾在臺(tái)面區(qū)段中的兩個(gè)之間并且包含場(chǎng)電極和夾在所述場(chǎng)電極和所述半導(dǎo)體本體之間的場(chǎng)電介質(zhì)。在平行于所述半導(dǎo)體本體的第一表面的測(cè)量平面中的所述場(chǎng)電極的水平寬度是至多100 nm。
[0007]在閱讀下面的具體描述時(shí)并且在查看附圖時(shí)，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]附圖被包含以提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解并且被結(jié)合在本說(shuō)明書中并組成本說(shuō)明書的一部分。附圖圖解本發(fā)明的實(shí)施例并且與本描述一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。本發(fā)明的其他實(shí)施例和預(yù)期優(yōu)點(diǎn)將容易被領(lǐng)會(huì)到，由于通過(guò)參考下面的具體描述它們變得更好理解。
[0009]圖1A是與針形場(chǎng)電極相關(guān)的根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的部分的示意性水平橫截面視圖。
[0010]圖1B是沿著線B-B的圖1A的半導(dǎo)體器件部分的示意性垂直橫截面視圖。
[0011]圖1C是圖1A的半導(dǎo)體器件部分的示意性透視圖。
[0012]圖2A是根據(jù)實(shí)施例的如在圖1A到1B中圖解的晶體管單元的示意性布局，其中所述晶體管單元被布置在矩陣中。
[0013]圖2B是根據(jù)實(shí)施例的如在圖1A到1B中圖解的晶體管單元的示意性布局，其中所述晶體管單元被沿著移位線布置。
[0014]圖3A是與形成在各自的晶體管單元的場(chǎng)電極和臺(tái)面區(qū)段之間的環(huán)形柵極電極相關(guān)的根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的部分的示意性水平橫截面視圖。
[0015]圖3B是沿著線B-B的圖3A的半導(dǎo)體器件部分的示意性垂直橫截面視圖。
[0016]圖4A是根據(jù)實(shí)施例的如在圖3A到3B中圖解的晶體管單元的示意性布局，其中所述晶體管單元被布置在矩陣中。
[0017]圖4B是根據(jù)實(shí)施例的如在圖3A到3B中圖解的晶體管單元的示意性布局，其中所述晶體管被沿著移位線布置。
[0018]圖5A是與條形柵極結(jié)構(gòu)和空間分離的針形場(chǎng)電極相關(guān)的根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的部分的示意性透視圖。
[0019]圖5B是與條形場(chǎng)電極相關(guān)的根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的部分的示意性透視圖。
[0020]圖6是與開關(guān)模式電源和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)相關(guān)的根據(jù)實(shí)施例的電子組件的示意性電路圖。
[0021]圖7A是與開關(guān)模式電源相關(guān)的根據(jù)實(shí)施例的電子組件的示意性電路圖。
[0022]圖7B是與微逆變器相關(guān)的根據(jù)實(shí)施例的電子組件的示意性電路圖。
[0023]圖7C是與DC到DC變換器相關(guān)的根據(jù)實(shí)施例的電子組件的示意性電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在下面的具體描述中，參考了形成所述具體描述的一部分的附圖，并且在所述附圖中通過(guò)圖解的方式示出在其中可以實(shí)踐本發(fā)明的特定實(shí)施例。要理解的是在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以利用其他實(shí)施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的或邏輯的改變。例如，針對(duì)一個(gè)實(shí)施例圖解或描述的特征能夠被用在其他實(shí)施例上或結(jié)合其他實(shí)施例使用以產(chǎn)生又進(jìn)一步的實(shí)施例。旨在本發(fā)明包含這樣的修改和變化。使用特定的語(yǔ)言描述示例，這不應(yīng)該被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍。附圖不是成比例的并且所述附圖僅為了圖解性目的。為了清楚起見(jiàn)，如果不另外聲明，相同的元件通過(guò)在不同的附圖中的相應(yīng)的參考被指定。
[0025]術(shù)語(yǔ)“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是開放性的，并且所述術(shù)語(yǔ)指示聲明的結(jié)構(gòu)、元件或特征的存在但是不排除附加的元件或特征。冠詞“一”、“一個(gè)”和“該”旨在包含復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文清楚地另外指示。
[0026]術(shù)語(yǔ)“電氣連接”描述在電氣連接的元件之間的持久的低歐姆連接，例如在有關(guān)元件之間的直接的接觸或經(jīng)由金屬和/或高度摻雜的半導(dǎo)體的低歐姆連接。術(shù)語(yǔ)“電氣耦合”包含可以在電氣耦合的元件之間提供適合于信號(hào)傳輸?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)介入元件，例如可控以暫時(shí)提供在第一狀態(tài)中的低歐姆連接和在第二狀態(tài)中的高歐姆電去耦合的元件。
[0027]附圖通過(guò)指示緊接著摻雜類型“η”或“p”的或“ + ”來(lái)圖解相對(duì)摻雜濃度。例如，“η ”意指摻雜濃度低于“η”摻雜區(qū)的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)比“η”摻雜區(qū)具有更高的摻雜濃度。相同的相對(duì)摻雜濃度的摻雜區(qū)未必具有相同的絕對(duì)摻雜濃度。例如兩個(gè)不同的“η”摻雜區(qū)可以具有相同的或不同的絕對(duì)摻雜濃度。
[0028]圖1Α到1C涉及包含多個(gè)同樣的晶體管單元TC的半導(dǎo)體器件500。所述半導(dǎo)體器件500可以是或可以包含IGFET，例如MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體FET)，在平常含義中包含具有金屬柵極的FET以及具有非金屬柵極的FET。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述半導(dǎo)體器件500可以是IGBT。
[0029]半導(dǎo)體器件500基于來(lái)自單晶半導(dǎo)體材料諸如硅(Si)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、鍺化硅晶體(SiGe )、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs )或任何其他AmBv半導(dǎo)體的半導(dǎo)體本體100。
[0030]半導(dǎo)體本體100具有:第一表面101，其可以是近似平面的或可以由平面限定，所述平面由共面的表面區(qū)段橫跨；以及平面的第二表面102，平行于第一表面101。選擇在第一和第二表面101、102之間的距離以實(shí)現(xiàn)指定的電壓阻斷能力，并且所述距離可以是至少20 μ m。根據(jù)其他實(shí)施例，所述距離可以在幾百μπι的范圍中。相對(duì)于第一和第二表面101、102傾斜的橫向表面連接第一和第二表面101、102。
[0031]在與橫截面平面垂直的平面中，所述半導(dǎo)體本體100可以具有矩形的形狀，所述矩形的形狀具有幾毫米的邊緣長(zhǎng)度。第一表面101的法線限定垂直的方向并且與所述垂直的方向正交的方向是水平方向。
[0032]所述半導(dǎo)體本體100包含第一傳導(dǎo)類型的漏極結(jié)構(gòu)120以及在所述漏極結(jié)構(gòu)120和第二表面102之間的第一傳導(dǎo)類型的接觸部分130。所述漏極結(jié)構(gòu)120包含漂移區(qū)121，在所述漂移區(qū)121中至少在它的垂直延伸的部分處隨著到第一表面101的增加的距離，摻雜劑濃度可以逐漸地或逐步地增加或減少。根據(jù)其他實(shí)施例，在漂移區(qū)121中的摻雜劑濃度可以是近似均勻的。漂移區(qū)121中的平均摻雜劑濃度可以在1Ε15 cm 3和1E17 cm 3之間，例如在從5E15 cm$lj5E16 cm 3的范圍中。漏極結(jié)構(gòu)120可以包含進(jìn)一步的摻雜區(qū)，例如將所述漂移區(qū)121與所述接觸部分130分離的場(chǎng)阻止層128。場(chǎng)阻止層128中的平均摻雜劑濃度可以是漂移區(qū)121中的平均雜質(zhì)濃度的至少五倍并且是接觸部分130中的最大摻雜劑濃度的至多五分之一。
[0033]接觸部分130可以是重?fù)诫s基底襯底或重?fù)诫s層。沿著第二表面102，接觸部分130中的摻雜劑濃度是足夠高的以與直接鄰接第二表面102的金屬形成歐姆接觸。在所述半導(dǎo)體本體100基于硅的情況下，在η傳導(dǎo)接觸部分130中，沿著第二表面102的摻雜劑濃度可以是至少1Ε18 Cm3，例如至少5E19 cm3。在p傳導(dǎo)接觸部分130中，摻雜劑濃度可以是至少1E16 cm3，例如至少5E17 cm3。
[0034]每個(gè)晶體管單元TC包含場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)160，其從第一表面101延伸到半導(dǎo)體本體100中下至底部平面BPL。在第一表面101和埋入的末端部分之間的場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)160的部分可以具有近似垂直的側(cè)壁或可以關(guān)于第一表面101以例如89度的角度輕微地變尖(taper)ο所述側(cè)壁可以是直的或輕微膨脹的(bulgy)。
[0035]場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)160分別包含傳導(dǎo)的針狀的或針形的場(chǎng)電極165和包圍所述場(chǎng)電極165的場(chǎng)電介質(zhì)161。場(chǎng)電極165包含以下層或由以下層組成:重?fù)诫s的多晶硅層和/或含有金屬的層