具有补偿结构的半导体器件制造技术

本发明专利技术提供了一种具有补偿结构的半导体器件，包括：半导体本体，包括晶体管单元和位于漏极层和晶体管单元之间的漂移区。漂移区包括补偿结构。在耗尽电压之上，第一输出电荷梯度偏离第二输出电荷梯度小于5％，通过将漏极源极电压从耗尽电压增加至最大漏极源极电压而获取第一输出电荷梯度，通过将漏极源极电压从所述最大漏极源极电压减小至耗尽电压而获取第二输出电荷梯度。在耗尽电压处，第一输出电荷梯度呈现最大曲率。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及半导体领域，更具体地，涉及具有补偿结构的半导体器件。
技术介绍
诸如切换模式电源和半桥电路的应用通常取决于包括补偿结构的功率半导体切换器件。补偿结构在反向阻断模式中侧向耗尽，因而增加了半导体切换器件的漂移区中的掺杂剂浓度，而不会不利地影响反向阻断特性。需要提供具有减少的切换损失的半导体器件。
技术实现思路
根据实施例，一种半导体器件，包括：半导体本体，包括晶体管单元和位于漏极层和晶体管单元之间的漂移区。漂移区包括补偿结构。在耗尽电压之上，第一输出电荷梯度偏离第二输出电荷梯度小于5％，通过将漏极源极电压从耗尽电压增加至最大漏极源极电压而获取第一输出电荷梯度，通过将漏极源极电压从最大漏极源极电压减小至耗尽电压而获取第二输出电荷梯度。在耗尽电压处，第一输出电荷梯度呈现最大曲率。根据另一实施例，一种切换模式的电源，包括功率半导体器件，功率半导体器件包括半导体本体。半导体本体包括晶体管单元和位于漏极层和晶体管单元之间的漂移区。漂移区包括补偿结构。在耗尽电压之上，第一输出电荷梯度偏离第二输出电荷梯度小于5％，通过将漏极源极电压从耗尽电压增加至最大漏极源极电压而获取第一输出电荷梯度，通过将漏极源极电压从最大漏极源极电压减小至耗
尽电压而获取第二输出电荷梯度。在耗尽电压处，第一输出电荷梯度呈现最大曲率。本领域技术人员在阅读如下详细描述以及查看附图之后获知附加特征和优点。附图说明附图被包括以提供对本专利技术的进一步理解，并且被结合而组成本说明书的一部分。附图描述了本专利技术的实施例，和说明书一起用于解释本专利技术的原理。本专利技术的其他实施例和所要实现的优点可以在参照如下详细描述之后更容易且更好的理解。图1A是根据实施例的具有低Qoss(输出电荷)迟滞的半导体器件的部分的示意性截面图。图1B是根据实施例的半导体器件的绘制Qoss相对于VDS(漏极源极电压)的示意图。图1C是双对数笛卡尔坐标系中的根据实施例的半导体器件的绘制Qoss(VDS)的示意图。图1D是比较用于讨论实施例的效果的Qoss梯度的示意图。图1E是用于分别增加和减小VDS的绘制Eoss(存储在输出电容中的能量)相对于VDS的示意图。图2A是根据实施例的半导体器件的部分的示意性截面图，其结合了补偿结构中的平滑垂直掺杂剂分布与栅极构造的垂直突起中的不可耗尽延伸区。图2B是用于讨论图2A的实施例的效果的沿图2A的线B-B的垂直掺杂剂浓度分布的示意图。图2C是根据实施例的半导体器件的部分的示意性截面图，其提供了补偿结构的垂直掺杂剂分布中的局部最小值之间的变化距离。图3是根据实施例的半导体器件的部分的示意性截面图，其结合了补偿结构中的平滑垂直掺杂剂分布与低充电的边缘区域。图4A是根据包含固有边缘区域的实施例的图1A和图3的边缘
部分的示意性截面图。图4B是根据包含边缘区域中的重叠区的实施例的图1A和图3的边缘部分的示意性截面图。图4C是根据包含边缘区域中的绝缘结构的实施例的图1A和图3的边缘部分的示意性截面图。图4D是根据包含边缘绝缘体结构的实施例的图1A和图3的边缘部分的示意性截面图。图5是根据实施例的半导体器件的部分的示意性截面图，其结合了低充电边缘部分与栅极构造的垂直突起中的不可耗尽延伸区。图6A是根据另一实施例的切换模式电源的示意性电路图。图6B是根据具有n型高侧开关的实施例的半桥电路的示意性电路图。图6C是根据具有p型高侧开关的实施例的半桥电路的示意性电路图。具体实施方式在下文的详细描述中，对附图进行了参照，这些附图形成其一部分，并且其中通过描述特定实施例进行示出以实现本专利技术。应理解，还可以使用其他实施例，并且在不背离本专利技术范围的情况下可以进行结构或逻辑上的改变。例如，一个实施例中描述的部件可以用于或结合其他实施例，从而形成另一实施例。本专利技术旨在包括这种改进和改变。使用特定语言描述实例，不应被视为限制所附权利要求的范围。附图并未按比例绘制，并且仅以示出为目的。为了清楚，除非另有描述，在不同附图中通过对应参考标记表示相同元件。术语“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等是开放式的，这些术语表示描述的结构、元件或部件的存在，但并不排除附加的元件或部件。冠词“一个”、“一”、或“该”旨在包括多个以及单个，除非上下文中明确阐明。术语“电连接”描述了电连接的元件之间的永久的低欧姆连接，例
如所述元件之间的直接接触或者经由金属和/或高掺杂半导体的低欧姆连接。术语“电耦合”包括用于信号传输的一个或多个介于其间的元件可以提供在电耦合元件之间，例如可控制以暂时提供低欧姆连接的第一状态和高欧姆电去耦的第二状态的元件。附图通过将“-”或“+”表示在掺杂类型“n”或“p”旁边而示出了相对掺杂浓度。例如，“n-”表示的掺杂浓度低于“n”掺杂区域的掺杂浓度，而“n+”表示的掺杂浓度高于“n”掺杂区域的掺杂浓度。相同的相对掺杂浓度的掺杂区域不必须具有相同的绝对掺杂浓度。例如，两个不同的“n”掺杂区域可以具有相同或不同的绝对掺杂浓度。图1A到图1E涉及包括晶体管单元TC的半导体器件500。半导体器件500可以是或可以包括IGFET(绝缘栅极场效应晶体管)，例如，常规意义的MOSFET(金属氧化物半导体FET)，其包括例如具有金属栅极的FET以及具有非金属栅极的FET。半导体器件500基于半导体本体100，具有单晶半导体材料，诸如硅(Si)、碳化硅(SiC)、锗(Ge)、硅锗晶体(SiGe)、碳化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)或其他任何AIIIBV半导体。半导体本体100具有第一表面101，其可以近似平坦，或者其可以实现为由共面表面部以及基本平坦的第二表面102跨越的平面，第二表面102平行于第一表面101。第一表面101、102之间的最小距离被选择以实现半导体器件500的特定电压能力。侧向表面103连接第一表面101和第二表面102。在垂直于截面平面的平面中，半导体本体100可以具有边缘长度在若干毫米范围内的矩形形状，或者可以是直径若干厘米的盘状。第一表面101的法线限定了垂直方向，而与垂直方向正交的方向是水平方向。半导体本体100包括第一导电类型的漂移区120以及第一导电类型的漏极层130，该漏极层位于漂移区120和第二表面102之间。漂移区120的掺杂剂浓度可以逐渐或步进地增加或降低，其增加距离到第一表面101为其垂直延伸的至少一部分。根据其他实施
例，漂移区120中的掺杂剂浓度可以基本平均。漂移区120中的平均掺杂剂浓度可以在5E12cm-3到1E15cm-3之间，例如，在5E13cm-3到5E14cm-3的范围内。漂移区120可以包括另外的掺杂区，例如，诸如超结结构的补偿结构180。根据实施例，漂移区120的导电类型的场停止层128可以将漂移区120从漏极层130分离。场停止层128中的平均杂质浓度可以是漂移区120中的平均杂质浓度的高达五倍以及漏极层130中的最大杂质浓度的至多五分之一。沿第二表面102的漏极层130中的掺杂剂浓度足够高，以形成欧姆接触，该欧姆接触具有直接邻接第二表面102的金属。在半导体本体100基于硅Si的情况下，沿第二表面102，n型漏极层130的掺杂剂浓度可以是至少1E18cm-3，例如至少5E19cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：半导体本体，包括晶体管单元和位于漏极层和所述晶体管单元之间的漂移区，所述漂移区包括补偿结构；其中在耗尽电压之上，第一输出电荷梯度偏离第二输出电荷梯度小于5％，通过将漏极源极电压从所述耗尽电压增加至最大漏极源极电压而获取所述第一输出电荷梯度，通过将所述漏极源极电压从所述最大漏极源极电压减小至所述耗尽电压而获取所述第二输出电荷梯度，以及在所述耗尽电压处，所述第一输出电荷梯度呈现最大曲率。

【技术特征摘要】
2014.05.14 US 14/277,5061.一种半导体器件，包括：半导体本体，包括晶体管单元和位于漏极层和所述晶体管单元之间的漂移区，所述漂移区包括补偿结构；其中在耗尽电压之上，第一输出电荷梯度偏离第二输出电荷梯度小于5％，通过将漏极源极电压从所述耗尽电压增加至最大漏极源极电压而获取所述第一输出电荷梯度，通过将所述漏极源极电压从所述最大漏极源极电压减小至所述耗尽电压而获取所述第二输出电荷梯度，以及在所述耗尽电压处，所述第一输出电荷梯度呈现最大曲率。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中在所述耗尽电压处，所述第一输出电荷梯度的第二偏离具有局部最小值。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中在双对数笛卡尔系统中，低于所述耗尽电压的用于漏极源极电压的所述第一输出电荷梯度的第一部的第一线性近似与高于所述耗尽电压的用于漏极源极电压的所述第一输出电荷梯度的第二部的第二线性近似相交。4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中所述第一线性近似是所述第一部上的正切，以及所述第二线性近似是所述第二部上的正切。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中在所述漏极源极电压从0V增加至所述耗尽电压之后，所述补偿结构的总容量的至少90％被耗尽。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体器件的区域通态电阻小于1.5欧姆*mm2，以及击穿电压大于600V。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述补偿结构包括第一导电类型的第一区和相反的第二导电类型的第二区，所述第一区和所述第二区沿与垂直方向正交的水平方向交替布置，所述垂直方向由所述晶体管单元中的一个单元与所述漏极层之间的直接连接线限定。8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中所述第一区的垂直掺杂剂分布包括局部最小值之间的局部最大值，以及所述局部最大值超过邻近局部最小值不到20％。9.根据权利要求7所述的半导体器件，其中所述第一区的垂直掺杂剂分布包括局部最小值之间的局部最大值，以及在比第一邻近局部最小值到所述漏极层的更大距离处，两个所述第一邻近局部最小值之间的第一距离偏离两个第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·威尔梅洛斯，F·希尔勒，B·费舍尔，J·韦耶斯，
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：奥地利;AT