功率半导体器件制造技术

本实用新型专利技术涉及一种功率半导体器件，所述功率半导体器件包括：第一导电类型的基底层，具有第二导电类型的下部半导体层；基底层中的有源区，包括：第二导电类型的本体区；第一导电类型的源极区，位于本体区中；发射极电极，连接到所述源极区；从基底层的顶部向下延伸的沟槽，内衬有沟槽电介质并且含有屏蔽电极，所述屏蔽电极连接到所述发射极电极；第二导电类型的附加掺杂区，至少布置在所述沟槽电介质的一部分处；和栅极，至少部分形成在至少一部分源极区和本体区上方并且与所述屏蔽电极电绝缘。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种功率半导体器件，所述功率半导体器件包括：第一导电类型的基底层，具有第二导电类型的下部半导体层；基底层中的有源区，包括：第二导电类型的本体区；第一导电类型的源极区，位于本体区中；发射极电极，连接到所述源极区；从基底层的顶部向下延伸的沟槽，内衬有沟槽电介质并且含有屏蔽电极，所述屏蔽电极连接到所述发射极电极；第二导电类型的附加掺杂区，至少布置在所述沟槽电介质的一部分处；和栅极，至少部分形成在至少一部分源极区和本体区上方并且与所述屏蔽电极电绝缘。【专利说明】功率半导体器件
本技术涉及功率半导体器件，特别涉及一种改进的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
技术介绍
功率半导体器件被广泛地用作消费电子产品、工业机器、汽车以及高速火车等中的电功率转换的器件。通过结构上的改进，性能提高也逐年得到实现。与平面型器件相比，采用沟槽技术的功率器件提供了每单位面积上具有显著增长的沟道宽度。并且，采用沟槽技术的半导体器件提供了优异的开关特性，并且被用在要求快速开关的应用中。 根据美国专利申请US2012/0104555A1，描述了一种具有平面栅极的IGBT，其中所述IGBT展现了沟槽中的与栅极电极隔离且与源极端子连接的屏蔽电极。此外，这个IGBT在漂移区的上部中具有比漂移区的掺杂浓度高的掺杂浓度的η层。 另外，根据德国专利DE10007415C2，描述了一种具有平面栅极的金属氧化物半导体(MOS)控制的功率器件，所述功率器件同样展现了沟槽中的与栅极电极隔离且与源极端子连接的屏蔽电极。 在上述的沟槽屏蔽IGBT中，场电极的沟槽底部是该设计的主要弱点之一。这里，横跨在漂移区和电极之间的电介质的电压降是最大的，并且另外，几何结构效应导致电场强度的进一步增加，从而限制器件的击穿电压。 因此，任何用于改善该设计的措施应当可容易地实施到现有的工艺流程中。因而，需要一种改进具有屏蔽电极的沟槽功率器件的击穿电压的简单设计和容易制作方法。
技术实现思路
本技术的目标之一是为了克服一种或多种限制而通过围绕场电极的沟槽的与本体区相同掺杂类型的附加掺杂区来改进沟槽屏蔽器件的击穿电压。 本技术公开了一种功率半导体器件，所述功率半导体器件包括:第一导电类型的基底层，具有第二导电类型的下部半导体层；基底层中的有源区，包括:第二导电类型的本体区；第一导电类型的源极区，位于本体区中；发射极电极，电连接到所述源极区；从基底层的顶部向下延伸的沟槽，内衬有沟槽电介质并且含有屏蔽电极，所述屏蔽电极电连接到所述发射极电极；第二导电类型的附加掺杂区，至少布置在所述沟槽电介质的一部分处；和栅极，至少部分形成在至少一部分源极区和本体区上方并且与所述屏蔽电极电绝缘。 在一个实施例中，附加掺杂区布置在沟槽的底部。 在另一个实施例中，附加掺杂区围绕沟槽的底部。 在另一个实施例中，功率半导体器件还包括:具有第一导电类型的第三掺杂区，围绕所述附加掺杂区的底部。 在另一个实施例中，功率半导体器件进一步包括:第一导电类型的第一掺杂区，至少部分位于本体区之下且在至少部分基底层之上并且其中所述沟槽延伸到基底层中的深度比第一掺杂区深。 在另一个实施例中，所述第一掺杂区的掺杂浓度是不均匀的并且所述第一掺杂区的最高掺杂浓度区域是在本体区下面。 在另一个实施例中，所述附加掺杂区延伸到所述第一掺杂区中。 在另一个实施例中，功率半导体器件进一步包括:第二导电类型的第二掺杂区，位于本体区的顶部，与所述源极区横向相邻或者不相邻，并且连接到所述发射极电极。 在另一个实施例中，所述沟槽还包括栅极电极，所述栅极电极与所述屏蔽电极电绝缘并且与栅极连接。 在另一个实施例中，所述第三掺杂区具有与掺杂区至少部分地共形的形状并且能够具有在横向上变化的轮廓。 在另一个实施例中，所述发射极电极嵌入到所述源极区中以形成沟槽接触。 在另一个实施例中，所述半导体器件为垂直型功率器件并且包括位于基底层底部且与下部半导体层接触的集电极。 在另一个实施例中，所述功率半导体器件还包括:具有第一导电类型的第四掺杂区，位于作为漂移区的基底层与作为集电极区的下部半导体层之间。 【专利附图】【附图说明】 附图被包括以提供对本技术的进一步理解，以及附图被结合在说明书中并且构成说明书的一部分。附图示出本技术的实施例，并且与描述一起用来解释本技术的原理。本技术的其他实施例以及许多预期优点将容易被认识到，因为通过参照下面的详细描述，它们变得更好理解。附图的元件不一定是相对于彼此按比例的。类似的附图标记表示对应的类似部分。 图1，包括图1A，图1B和图1C，为依据现有技术的沟槽屏蔽平面栅极(TSPG) IGBT的示意截面图，其中图1A为现有技术的TSPG-1GBT沿着屏蔽沟槽的方向的截面图，图1B为图1A的IGBT沿箭头I的截面图而图1C为图1A的IGBT沿箭头II的截面图。 图2，包括图2A和图2B，为依据本技术的一个实施例的与图1的TSPG-1GBT类似但具有围绕屏蔽电极的沟槽底部的附加第一类型(与本体区相同掺杂类型，比如P型)掺杂区的TSPG-1GBT的示意截面图，其中图2A为TSPG-1GBT在本体间区中的截面图(类似于沿着图1所示的箭头III)，图2B为TSPG-1GBT在本体区中的截面图(类似于沿着图1所示的箭头I)，并且其中所述TSPG-1GBT具有平面栅极即位于该器件顶部上的栅极。 图3为依据本技术的一个实施例的与图2的TSPG-1GBT类似但具有在沟槽中的栅极电极(即沟槽栅极)的TSPG-1GBT的示意截面图。 图4，包括图4A和图4B，为依据本技术的一个实施例的与图2的TSPG-1GBT类似但还具有围绕附加第一类型掺杂区的第二类型掺杂区的TSPG-1GBT的示意截面图，其中图4A为具有平面栅极的在本体间区中的截面图，而图4B为具有平面栅极的TSPG-1GBT在本体区中的截面图。 【具体实施方式】 在下面的详细描述中，参照了形成其一部分的附图，以及在附图中通过说明的方式示出其中可以实践本技术的特定实施例。应当理解，在不背离本技术的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以做出结构的或逻辑的改变。举例来说，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以结合其他实施例来使用以产生又一实施例。本技术意图包括这样的修改和变型。实例是使用不应当被解释为限制所附权利要求书的范围的特定语言来描述的。附图不是按比例的，而是仅仅用于说明性目的。为了清楚起见，如果没有另作说明，则在不同附图中用相同的附图标记来表示相同的元件或制造过程。 如在说明书中所采用的，术语“电耦合”不限制是指元件必须直接耦合在一起。可选地，可以在“电耦合”的元件之间提供中间元件。作为一个实例，中间元件中的一部分、全部或者没有中间元件可以是可控的以在“电耦合”的元件之间提供低欧姆连接，并且在另一时间提供非低欧姆连接。术语“电连接”意图描述电连接在一起的元件之间的低欧姆电连接，例如经由金属和/或高度掺杂的半导体的连接。 一些附图通过在掺杂类型旁边指示或“ + ”来指代相对掺杂浓度。举例来说，“n_”是指小于“η”掺杂区的掺杂浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体器件（200），其特征在于所述功率半导体器件包括：第一导电类型的基底层（230），具有第二导电类型的下部半导体层（220）；基底层（230）中的有源区，包括：第二导电类型的本体区（250）；第一导电类型的源极区（251），位于本体区中；发射极电极，电连接到所述源极区；从基底层（230）的顶部向下延伸的沟槽（276），内衬有沟槽电介质（274）并且含有屏蔽电极（277），所述屏蔽电极（277）电连接到所述发射极电极（290）；第二导电类型的附加掺杂区（273），至少布置在所述沟槽电介质的一部分处；和栅极（270），至少部分形成在至少一部分源极区和本体区上方并且与所述屏蔽电极（277）电绝缘。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：HJ舒尔策，F普菲尔施，H许斯肯，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：德国;DE