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，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；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；从半导体衬底的顶部向下延伸的沟槽，含有屏蔽电极，所述屏蔽电极连接到所述发射极电极；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；以及边缘终止区，与所述有源区邻接并且包括第二导电类型的终止掺杂区。

【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，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；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；从半导体衬底的顶部向下延伸的沟槽，含有屏蔽电极，所述屏蔽电极连接到所述发射极电极；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；以及边缘终止区，与所述有源区邻接并且包括第二导电类型的终止掺杂区。【专利说明】功率半导体器件
本技术涉及功率半导体器件，特别涉及一种击穿电压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。 在上述的具有沟槽屏蔽电极的功率器件的有源区中，沟槽电极修改了电场分布，使得在本体区和漂移区之间形成的Pn结处的场聚集得以减少，导致有源区中的高击穿电压。这一效应便于设计本体区的延伸、扩散和掺杂分布以得到传导性能(例如，跨导、阈值电压、沟道电阻等)，因为阻挡性能由屏蔽电极提供。 除了有源区之外，功率器件还包括所谓的“终止区”(也称为结终止或结终止区)，其横向地支持有源区与实际半导体材料侧壁之间的器件的阻挡电压(与有源区相比，在有源区中电压被垂直地支持)，其中所述实际半导体材料侧壁通常处于与功率器件的底部电极相同的电位。在特性上，终止区的构造包括P掺杂区(与发射极电位接触)，所述P掺杂区充当半导体侧壁和底部电极两者的反电极。为了简化，理想的是给这个区域提供与有源区中的本体区相同的设计。在没有沟槽屏蔽电极的情况下，在类似本体的区域的边缘处的场聚集没有得到缓解，导致不想要的场强尖峰以及可能导致不想要的减小的击穿电压。然而，设计本体区的工艺以缓解这些效应将不利地影响有源沟道区的电学性能。 因此，存在对单独地优化器件的阻挡性能和传导性能的芯片设计的需要。
技术实现思路
本技术的目标之一是为了克服上述现有技术中的一种或多种限制而在结终止区中引入一个或多个附加的扩散掺杂区比如P型掺杂区，从而改善具有沟槽屏蔽电极的IGBT的击穿电压行为。所述附加的P型掺杂区比本体区(比如P型)更深地扩散到半导体材料中，意味着由所述附加的P型掺杂区和η漂移区形成的ρη结与半导体材料的底部之间的最小距离小于由P型本体区和η漂移区形成的ρη结与半导体材料的底部之间的最小距离。因此，能够单独地优化器件的阻挡和传导性能。 本技术公开了一种功率半导体器件，其包括: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；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；从半导体衬底的顶部向下延伸的沟槽，含有屏蔽电极，所述屏蔽电极电连接到所述发射极电极；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；以及边缘终止区，与所述有源区邻接并且包括第二导电类型的终止掺杂区。 在一个实施例中，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，并且其中沟槽延伸到基底层的深度比第一惨杂区深。 在另一个实施例中，所述第一掺杂区仅存在于单元区中而未存在于边缘终止区中。 在另一个实施例中，所述第一掺杂区在边缘终止区中延伸。 在另一个实施例中，终止掺杂区比所述第一掺杂区深。 在另一个实施例中，所述第一掺杂区比终止掺杂区深。 在另一个实施例中，所述终止掺杂区具有与本体区的深度相同的深度。 在另一个实施例中，所述终止掺杂区具有比本体区的深度更深且比所述沟槽的深度浅的深度。 在另一个实施例中，所述终止掺杂区具有比所述沟槽的深度更深的深度。 在另一个实施例中，所述终止掺杂区的掺杂水平和扩散深度在横向方向上变化。 在另一个实施例中，所述终止掺杂区具有两个或更多的不同深度的区段，其中所述终止掺杂区中的靠近所述有源区的区段具有比本体区的深度更深的深度。 在另一个实施例中，所述终止掺杂区包括曲率半径比终止掺杂区的深度大的侧壁部分。 在另一个实施例中，功率半导体器件还包括:具有第二导电类型的第二掺杂区，位于本体区的顶部上并且在横向上与源极区相邻或不相邻，并且连接到所述发射极电极。 在另一个实施例中，所述发射极电极嵌入在所述源极区中以形成槽式触点。 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三掺杂区，位于充当漂移区的基底层与充当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1A为依据本技术的一个实施例的在漂移区上未包括较高第一类型掺杂区的功率MOS器件在本体区中的示意截面图，其中该功率MOS器件具有与屏蔽电极沟槽的方向平行的横向沟道区(形成在本体区中，在此邻接隔离层)并且该功率MOS器件的终止区含有与本体区相同深度的第二类型掺杂区。 图1B为依据本技术的一个实施例的在漂移区上包括较高第一类型掺杂区的功率MOS器件在本体区中的示意截面图，其中该功率MOS器件具有与屏蔽电极沟槽的方向垂直的横向沟道区并且该功率MOS器件的终止区含有与本体区相同深度的第二类型掺杂区。 图1C为依据本技术的一个实施例的在漂移区上包括较高第一类型掺杂区的功率MOS器件在本体区之间的区域中的示意截面图，其中该沟道区与屏蔽电极沟槽的方向垂直并且该功率MOS器件的终止区含有与本体区相同深度的第二类型掺杂区。 图1D为图图1C的功率MOS器件沿箭头I截取的示意截面图。 图2A为依据本技术的一个实施例的在漂移区上未包括较高第一类型掺杂区的功率MOS器件的示意截面图，其中与图1A的功率MOS器件相比，图2A的功率MOS器件的终止区含有比本体区更深的第二类型掺杂区。 图2B为依据本技术的一个实施例的在漂移区上包括较高第一类型掺杂区的功率MOS器件的示意截面图，其中与图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体器件（100），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（30），具有第二导电类型的下部半导体层（20）；有源区，包括：      第二导电类型的本体区（50）；      第一导电类型的源极区（51），位于本体区（50）中；      发射极电极，电连接到所述源极区（51）；      从半导体衬底的顶部向下延伸的沟槽（76），含有屏蔽电极（77），所述屏蔽电极（77）电连接到所述发射极电极；和      栅极（70），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；以及边缘终止区，与所述有源区邻接并且包括第二导电类型的终止掺杂区（52）。

【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