電荷補(bǔ)償半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電荷補(bǔ)償半導(dǎo)體器件。一種半導(dǎo)體器件具有源極金屬化部、漏極金屬化部以及半導(dǎo)體主體。該半導(dǎo)體主體包括與漏極金屬化部接觸的第一導(dǎo)電性類型的漂移層、在最大摻雜濃度方面高于漂移層的第一導(dǎo)電性類型的緩沖（和場阻止）層以及第二導(dǎo)電性的多個(gè)補(bǔ)償區(qū)，每個(gè)與漂移和緩沖層形成pn結(jié)并與源極金屬化部進(jìn)行接觸。每個(gè)補(bǔ)償區(qū)包括在第二部分與源極金屬化部之間的第一部分。第一部分和漂移層形成具有等于零的凈摻雜的第一區(qū)域。第二部分和緩沖層形成第一導(dǎo)電性的第二區(qū)域。當(dāng)在漏極和源極金屬化部之間施加器件擊穿電壓的超過30%的反向電壓時(shí)，在第二區(qū)域中形成空間電荷區(qū)。
【專利說明】電荷補(bǔ)償半導(dǎo)體器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，特別涉及具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體晶體管、特別是諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的場效應(yīng)控制開關(guān)器件已被用于各種應(yīng)用，包括但不限于用作電源和功率轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)器、電動(dòng)汽車、空調(diào)機(jī)以及甚至立體聲系統(tǒng)中的開關(guān)。特別是相對(duì)于能夠切換大的電流和/或在較高電壓下操作的功率器件，常常期望低通態(tài)電阻Ron和高擊穿電壓Ubd。
[0003]出于此目的，開發(fā)了電荷補(bǔ)償半導(dǎo)體器件。補(bǔ)償原理是基于MOSFET的漂移區(qū)中的η和P摻雜區(qū)的電荷的互補(bǔ)償。
[0004]通常，由P型和η型區(qū)行形成的電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、例如P型和η型列(column)是用于布置在具有源極區(qū)、主體區(qū)和柵極區(qū)的實(shí)際MOSFET結(jié)構(gòu)下面且還在關(guān)聯(lián)MOS溝道下面的垂直電荷補(bǔ)償M0SFET。P型和η型區(qū)被相互緊挨著布置在半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體體積中或者相互交錯(cuò)，其方式為在截止?fàn)顟B(tài)下，其電荷能夠被相互耗盡，并且在激活或?qū)顟B(tài)下，得到從表面附近的源極電極到可以布置在背面的漏極電極的不中斷、低阻抗傳導(dǎo)路徑。
[0005]借助于P型和η型摻雜劑的補(bǔ)償，能夠在補(bǔ)償部件的情況下顯著地增加載流區(qū)的摻雜(與具有相同擊穿電壓但沒有補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相比)，這導(dǎo)致通態(tài)電阻R0n的顯著減小，盡管有載流區(qū)域的損失。此類半導(dǎo)體功率器件的通態(tài)電阻Ron的減小與熱損失的減少相關(guān)聯(lián)，使得具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的此類半導(dǎo)體功率器件與常規(guī)半導(dǎo)體功率器件相比保持“冷卻”。
[0006]如果電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)延伸至高摻雜半導(dǎo)體襯底，則將實(shí)現(xiàn)最低通態(tài)電阻Ron。然而，高度摻雜半導(dǎo)體襯底和常規(guī)電荷補(bǔ)償區(qū)之間的直接過渡由于以下原因而增加器件故障的風(fēng)險(xiǎn)。由于輸出電容的突然彎曲，快速開關(guān)可能轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電壓的極高變化(dV/dt)，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的毀壞。在使主體二極管換向期間，當(dāng)載流子等離子體被耗盡時(shí)可能發(fā)生非常突然的電流中斷(缺少主體二極管的“柔軟”)，這有可能轉(zhuǎn)而導(dǎo)致振蕩且甚至是半導(dǎo)體器件的毀壞。此外，在可能由宇宙輻射或外部感應(yīng)負(fù)載觸發(fā)的雪崩事件的情況下，電場在高度摻雜半導(dǎo)體襯底與電荷補(bǔ)償區(qū)之間的過渡區(qū)中可能大大地增加。這可能導(dǎo)致產(chǎn)生甚至更多的載流子，其可能與在源極區(qū)、主體區(qū)以及漏極區(qū)之間形成的寄生雙極晶體管的點(diǎn)火相組合，其也可以損壞半導(dǎo)體器件。
[0007]相應(yīng)地，需要改善電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的通態(tài)電阻Ron和可靠性之間的權(quán)衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)具有擊穿電壓的半導(dǎo)體器件的實(shí)施例包括源極金屬化部、漏極金屬化部和半導(dǎo)體主體。該半導(dǎo)體主體包括與漏極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸的第一導(dǎo)電性類型的漂移層和鄰接該漂移層且具有高于漂移層的最大摻雜濃度的第一導(dǎo)電性類型的緩沖和場阻止層。半導(dǎo)體主體還在垂直橫截面中包括第二導(dǎo)電性類型的多個(gè)間隔開的補(bǔ)償區(qū)，其中的每一個(gè)與漂移層及緩沖和場阻止層形成各自第一 pn結(jié)，并且與源極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸。每個(gè)補(bǔ)償區(qū)包括第二部分和布置在第二部分與源極金屬化部之間的第一部分。第一部分和漂移層形成具有基本上等于零的凈摻雜的基本上帶狀第一區(qū)域。第二部分及至少緩沖和場阻止層形成具有第一導(dǎo)電性類型的凈摻雜的基本上帶狀第二區(qū)域。當(dāng)在漏極金屬化部和源極金屬化部之間施加在擊穿電壓的約30%與至少70%之間的反向電壓時(shí)，在第二區(qū)域中形成空間電荷區(qū)。
[0009]根據(jù)具有擊穿電壓的半導(dǎo)體器件的實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括源極金屬化部、漏極金屬化部和半導(dǎo)體主體。半導(dǎo)體主體包括與漏極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸的第一導(dǎo)電性類型的漂移層和布置在漏極金屬化部與漂移層之間、與漂移層進(jìn)行歐姆接觸且具有高于漂移層的最大摻雜濃度的第一導(dǎo)電性類型的場阻止層。半導(dǎo)體主體還在垂直橫截面中包括第二導(dǎo)電性類型的至少兩個(gè)間隔開的補(bǔ)償區(qū)，其中的每一個(gè)與漂移層形成各自第一 pn結(jié)，并且與源極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸，并且在垂直橫截面中，包括第二導(dǎo)電性類型的至少兩個(gè)浮置補(bǔ)償區(qū)，其中的每一個(gè)與場阻止層形成閉合pn結(jié)，并被布置在當(dāng)在漏極金屬化部與源極金屬化部之間施加擊穿電壓時(shí)不被耗盡的場阻止層的一部分中。
[0010]根據(jù)具有擊穿電壓的半導(dǎo)體器件的實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括源極金屬化部、漏極金屬化部和半導(dǎo)體主體。半導(dǎo)體主體包括主表面、與漏極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸的第一導(dǎo)電性類型的漂移層、鄰接該漂移層且具有高于漂移層的最大摻雜濃度的第一導(dǎo)電性類型的緩沖和場阻止層以及多個(gè)單位晶胞。在基本上垂直于主表面的垂直橫截面中，所述多個(gè)單位晶胞包括第二導(dǎo)電性類型的多個(gè)間隔開的補(bǔ)償區(qū)，其中的每一個(gè)與漂移層及緩沖和場阻止層形成各自第一 pn結(jié)且與源極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸。提供了具有基本上等于零的凈摻雜的單位晶胞的上部和具有第一導(dǎo)電性類型的凈摻雜的單位晶胞的鄰接下部。當(dāng)在漏極金屬化部和源極金屬化部之間施加在擊穿電壓的約30%與至少70%之間的反向電壓時(shí)，在下部中形成空間電荷區(qū)。在雪崩模式下，電場到緩沖和場阻止層中的穿透深度隨電流增加。
[0011]本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)和觀看附圖時(shí)將認(rèn)識(shí)到附加特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖中的部件不一定按比例繪制，而是著重于舉例說明本發(fā)明的原理。此外，在圖中，相同的附圖標(biāo)記指示相應(yīng)的部分。在所述附圖中:
圖1圖示出通過根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體主體的垂直橫截面；
圖2圖示出通過根據(jù)實(shí)施例的圖1中所示的半導(dǎo)體器件的橫截面的剖面；
圖3圖示出通過根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體主體的垂直橫截面；以及 圖4圖示出通過根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體主體的垂直橫截面。
【具體實(shí)施方式】
[0013]在以下【具體實(shí)施方式】中，對(duì)構(gòu)成關(guān)于其一部分的附圖進(jìn)行參考，并且在附圖中以圖示的方式圖示出在其中可以實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施例。在這方面，將參考所述(一個(gè)或多個(gè))圖的取向來使用方向術(shù)語，諸如“上”、“下”、“前”、“后”、“前緣”、“后緣”等。由于可以以許多不同的取向?qū)?shí)施例的部件進(jìn)行定位，所以方向術(shù)語被用于圖示的目的，并且絕不是限制性的。應(yīng)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)或邏輯改變。因此，不應(yīng)以限制性意義來理解以下詳細(xì)描述，并且由所附權(quán)利要求來定義本發(fā)明的范圍。
[0014]現(xiàn)在將詳細(xì)地對(duì)各種實(shí)施例進(jìn)行參考,在圖中圖示出其一個(gè)或多個(gè)示例。每個(gè)示例是以說明的方式提供的，并且并不意圖作為本發(fā)明的限制。例如，可以在其他實(shí)施例上或與其他實(shí)施例相結(jié)合地使用作為一個(gè)實(shí)施例的一部分圖示出或描述的特征以提供另一實(shí)施例。意圖在于本發(fā)明包括此類修改和變更。使用特定語言描述了示例，不應(yīng)將其理解為限制所附權(quán)利要求的范圍。附圖并未按比例繪制且僅僅是出于說明性目的。為了明了起見，如果沒有另外說明，則在不同的圖中用相同的參考標(biāo)號(hào)來指定相同的元件或制造步驟。
[0015]在本說明書中使用的術(shù)語“水平”意圖描述基本上平行于半導(dǎo)體襯底或主體的第一或主表面的取向。這可以例如是晶片或管芯的表面。
[0016]在本說明書中使用的術(shù)語“垂直”意圖描述基本上垂直于半導(dǎo)體襯底或主體的第一表面、即平行于第一表面的法線方向布置的取向。
[0017]在本說明書中，半導(dǎo)體主體的半導(dǎo)體襯底的第二表面被認(rèn)為是由下或背面表面形成的，而第一表面被認(rèn)為是由半導(dǎo)體襯底的上、前或主表面形成的。在本說明書中使用的術(shù)語“以上”和“以下”因此在考慮到此取向的情況下描述了結(jié)構(gòu)特征相對(duì)于另一結(jié)構(gòu)特征的位置。
[0018]在本說明書中，將η摻雜的稱為第一導(dǎo)電性類型，而將P摻雜的稱為第二導(dǎo)電性類型。替換地，能夠形成具有相反摻雜關(guān)系的半導(dǎo)體器件，使得第一導(dǎo)電性類型能夠是P摻雜的且第二導(dǎo)電性類型能夠是η摻雜的。此外，一些圖通過緊挨著摻雜類型指示或“ + ”來圖示出相對(duì)摻雜濃度。例如，“η_”意指小于“η”摻雜區(qū)的摻雜濃度的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)具有大于“η”摻雜區(qū)的摻雜濃度。然而，指示相對(duì)摻雜濃度并不意味著相同相對(duì)摻雜濃度的摻雜區(qū)必須具有相同的絕對(duì)摻雜濃度，除非另外說明。例如，兩個(gè)不同的η’摻雜區(qū)能夠具有不同的絕對(duì)摻雜濃度。這同樣適用于例如η+摻雜和P+摻雜區(qū)。
[0019]在本說明書中描述的特定實(shí)施例在不受此限制的情況下有關(guān)于半導(dǎo)體器件、特別是場效應(yīng)半導(dǎo)體晶體管。在本說明書內(nèi)，以同義詞方式使用術(shù)語“半導(dǎo)體器件”和“半導(dǎo)體部件”。半導(dǎo)體器件通常是具有形成第一導(dǎo)電性類型的漂移區(qū)與第二導(dǎo)電性類型的主體區(qū)之間的主體二極管的pn結(jié)的M0SFET，例如具有布置在第一表面上的源極金屬化部和絕緣柵電極和被連接到漏極區(qū)并布置在與第一表面相對(duì)的第二表面的漏極金屬化部的垂直MOSFET。
[0020]在本說明書的上下文中，應(yīng)將術(shù)語“M0S”(金屬氧化物半導(dǎo)體)理解為包括更一般的術(shù)語“MIS”(金屬絕緣體半導(dǎo)體)。例如，應(yīng)將術(shù)語MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)理解成包括具有不是氧化物的柵極絕緣體的FET，即分別在IGFET (絕緣柵場效應(yīng)晶體管)和MISFET (金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的更一般術(shù)語意義上使用術(shù)語M0SFET。
[0021]在本說明書的上下文中，術(shù)語“柵極電極”意圖描述被緊挨著主體區(qū)定位并與主體區(qū)絕緣且被配置成通過主體區(qū)來形成和/或控制溝道區(qū)的電極。
[0022]在本說明書中使用的術(shù)語“換向”意圖描述半導(dǎo)體器件的電流從其中pn負(fù)載結(jié)、例如MOSFET的主體區(qū)與漂移區(qū)之間的pn結(jié)被正向偏置的正向方向或傳導(dǎo)方向到pn負(fù)載結(jié)被反向偏置的相對(duì)方向或反向方向的切換。使半導(dǎo)體器件用反向偏置pn負(fù)載結(jié)操作在下文中也稱為使半導(dǎo)體器件在阻塞模式下操作。同樣地，使半導(dǎo)體器件用正向偏置Pn負(fù)載結(jié)操作在下文中也稱為使半導(dǎo)體器件在正向模式下操作。如在本說明書中使用的術(shù)語“硬換向”意圖描述以至少約101° V/s的速度、更典型地以至少約2*1(T V/s的速度進(jìn)行換向。
[0023]在本文說明書中所使用的術(shù)語“物理擊穿電壓”和“擊穿電壓”意圖描述跨半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體主體施加、使得半導(dǎo)體主體的pn結(jié)和半導(dǎo)體主體的二極管結(jié)構(gòu)、例如MOSFET的主體二極管分別地被反向偏置且變成傳導(dǎo)的。在本說明書中使用的半導(dǎo)體器件的術(shù)語“額定擊穿電壓”一般地指的是其物理擊穿電壓減去安全裕度。例如，具有600V的額定擊穿電壓的MOSFET可以具有高達(dá)約650 V的物理擊穿電壓。
[0024]通常，半導(dǎo)體器件是具有活性區(qū)域的功率半導(dǎo)體器件，該活性區(qū)域具有用于載送和/或控制負(fù)載電流的多個(gè)MOSFET晶胞。此外，功率半導(dǎo)體器件通常具有外圍區(qū)域，其具有在從上方看時(shí)至少部分地圍繞活性區(qū)域的至少一個(gè)邊緣終止結(jié)構(gòu)。
[0025]如在本說明書中使用的術(shù)語“功率半導(dǎo)體器件”意圖描述具有高電壓和/或高電流切換能力的單個(gè)芯片上的半導(dǎo)體器件。換言之，功率半導(dǎo)體器件意圖用于高電流，通常在安培范圍內(nèi)。在本說明書內(nèi)，以同義詞方式使用術(shù)語“功率半導(dǎo)體器件”和“功率半導(dǎo)體部件”。功率半導(dǎo)體器件的額定擊穿電壓可以大于約500V或者甚至大于約600V。
[0026]在本說明書的上下文中，術(shù)語“進(jìn)行歐姆接觸”、“進(jìn)行電阻性電接觸”和“進(jìn)行電阻性電連接”意圖描述至少當(dāng)并未向和/或跨半導(dǎo)體器件施加電壓時(shí)在半導(dǎo)體器件的各元件或部分之間存在電阻性電流路徑。同樣地，術(shù)語“進(jìn)行低電阻電接觸”和“進(jìn)行低電阻電連接”意圖描述至少當(dāng)并未向和/或跨半導(dǎo)體器件施加電壓時(shí)在半導(dǎo)體器件的各元件或部分之間存在低電阻電流路徑。在本說明書內(nèi)，以同義詞方式使用術(shù)語“進(jìn)行低電阻電接觸”、“電耦合”和“進(jìn)行低電阻電連接”。在一些實(shí)施例中，當(dāng)向和/或跨半導(dǎo)體器件施加低電壓、例如小于一或幾伏的吸極電壓時(shí)很低的半導(dǎo)體器件的各元件或部分之間的低電阻電流路徑的電阻率在閾值電壓以上變成高的，例如由于耗盡形成電流路徑的至少一部分的半導(dǎo)體區(qū)域。
[0027]在本說明書的上下文中，術(shù)語“柵極電極”意圖描述被緊挨著主體區(qū)定位并通過電介質(zhì)區(qū)與主體區(qū)絕緣且被配置成通過主體區(qū)來形成和/或控制溝道區(qū)的電極。電介質(zhì)區(qū)可以由任何適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)材料制成，諸如硅氧化物，例如熱硅氧化物、硅氮化物、硅氧氮化物
坐寸ο
[0028]在本說明書的上下文中，術(shù)語“電極”和“金屬化部”意圖描述傳導(dǎo)區(qū)，其由具有足夠高的電導(dǎo)率的材料制成，使得該傳導(dǎo)區(qū)在器件操作期間形成等電位區(qū)。例如，該傳導(dǎo)區(qū)可以由具有金屬或近金屬電導(dǎo)率的材料制成，諸如金屬，例如鎢、高度摻雜聚硅、硅化物等。
[0029]在本說明書的上下文中，術(shù)語“臺(tái)面”或“臺(tái)面區(qū)”意圖描述在垂直橫截面中延伸至半導(dǎo)體襯底或主體中的兩個(gè)相鄰溝槽之間的半導(dǎo)體區(qū)。
[0030]下面，主要參考硅(Si)半導(dǎo)體器件來解釋關(guān)于半導(dǎo)體器件和用于形成半導(dǎo)體器件的制造方法的實(shí)施例。相應(yīng)地，單晶半導(dǎo)體區(qū)或?qū)油ǔＪ菃尉i區(qū)或Si層。然而，應(yīng)理解的是半導(dǎo)體主體可以由適合于制造半導(dǎo)體器件的任何半導(dǎo)體材料制成。此類材料的示例在不受限制與此的情況下包括:基本半導(dǎo)體材料，僅舉幾個(gè)例子，諸如硅(Si)或鍺(Ge)、IV族化合物半導(dǎo)體材料,諸如碳化娃(SiC)或娃鍺(SiGe)、二元、三元或四元II1-V半導(dǎo)體材料，諸如氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)、磷化銦鎵(InGaPa)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁銦(AlLnN)、氮化銦鎵(InGaN)、AlGaLnN (氮化鋁鎵銦)或磷化銦鎵(InGaAsP),以及二元或三元I1-VI半導(dǎo)體材料，諸如碲化鎘(CdTe)和碲化汞鎘(HgCdTe)。上述半導(dǎo)體材料也稱為同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。當(dāng)將兩個(gè)不同半導(dǎo)體材料組合時(shí)，形成異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料的示例在不受限制與此的情況下包括氮化鋁鎵(416&幻-氮化鋁鎵銦(416&1_)、氮化銦鎵(11^&幻-氮化鋁鎵銦(416&11^)、氮化銦鎵(InGaN)-氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)-氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)-氮化鋁鎵(AlGaN)、娃-碳化娃(SixCh)和娃一SiGe異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。對(duì)于功率半導(dǎo)體應(yīng)用而言，當(dāng)前主要使用S1、SiC、GaAs和GaN材料。如果半導(dǎo)體主體包括諸如SiC或GaN的具有高臨界雪崩場強(qiáng)的高帶隙材料，則能夠選擇較高的各半導(dǎo)體區(qū)的摻雜，其減小在下文中也稱為導(dǎo)通電阻Ron的通態(tài)電阻Ron。
[0031]參考圖1，解釋半導(dǎo)體器件100的第一實(shí)施例。圖1圖示出通過半導(dǎo)體器件100的半導(dǎo)體主體40的垂直橫截面。半導(dǎo)體主體40在具有定義垂直方向en的法線方向的第一表面101與相對(duì)于第一表面101布置的第二表面102之間延伸。在下文中，也將垂直橫截面分別地稱為第一橫截面和橫截面。通常在第一表面101上布置通常形成源極金屬化部的第一金屬化部(圖1中未示出)。在本示例性實(shí)施例中，在第二表面102上布置通常形成漏極金屬化部的第二金屬化部11。此外，通常還在第一表面101上布置通常形成柵極金屬化部的第三金屬化部(圖1中也未示出)并與第一金屬化部和半導(dǎo)體主體40絕緣。相應(yīng)地，半導(dǎo)體器件100可以作為三端子器件進(jìn)行操作。
[0032]半導(dǎo)體主體40通常包括塊體單晶材料4和在其上面形成的至少一個(gè)外延層lc、IbUa0使用(一個(gè)或多個(gè))外延層I在修整材料的本底摻雜時(shí)提供更多的自由，因?yàn)槟軌蛟谝粋€(gè)或多個(gè)外延層的沉積期間調(diào)整摻雜濃度。
[0033]在圖1中所示的示例性實(shí)施例中，半導(dǎo)體主體40包括延伸到第二表面102且鄰接漏極金屬化部11的也可以稱為漏極接觸層的漏極層Id、延伸到第一表面101的η型漂移層Ia及η型緩沖和場阻止層lb、lc，其被布置在漏極層ld、4與漂移層Ia之間且與之進(jìn)行歐姆接觸。緩沖和場阻止層lb、lc的最大摻雜濃度通常高于漂移層Ia的最大摻雜濃度且低于漏極層4的最大摻雜濃度。
[0034]通常，緩沖和場阻止層lb、lc包括緩沖部分Ib和與緩沖部分Ib相比具有較高平均摻雜濃度和/或較高最大摻雜濃度的場阻止部分lc。緩沖部分Ib可以具有與漂移層Ia相比基本上相同或較高的平均摻雜濃度和/或最大摻雜濃度。緩沖部分Ib被布置在場阻止部分Ic與漂移層Ia之間。場阻止部分Ic被布置在緩沖部分Ib與漏極層4之間。根據(jù)半導(dǎo)體器件100的期望魯棒性，緩沖部分Ib可以具有在從約2 Mm至約10 Mm范圍內(nèi)的垂直延伸。場阻 止部分Ic可以具有在從約2 Mm至約10 Mm范圍內(nèi)的垂直延伸,例如約8 Mm的垂直延伸。*)。
[0035]根據(jù)實(shí)施例，半導(dǎo)體主體40在垂直橫截面中包括兩個(gè)或更多間隔開的P型補(bǔ)償區(qū)6，通常為多個(gè)補(bǔ)償區(qū)6，其中的每一個(gè)與漂移層Ia及緩沖和場阻止層lb、lc形成相應(yīng)第一pn結(jié)，并經(jīng)由相應(yīng)P型主體區(qū)5與源極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸。P型主體區(qū)5的最大摻雜濃度通常高于P型補(bǔ)償區(qū)6的最大摻雜濃度。
[0036]在本示例性實(shí)施例中，將P型補(bǔ)償區(qū)6形成為垂直取向柱。替換地，將P型補(bǔ)償區(qū)6形成為基本上垂直取向的條形平行六面體。
[0037]在圖2中示出的是補(bǔ)償區(qū)6與源極金屬化部進(jìn)行低電阻電連接，其圖示出包括通常在第一表面101上形成的結(jié)構(gòu)的圖1中所示的半導(dǎo)體器件100的放大剖面。圖2的所圖示剖面通常對(duì)應(yīng)于在垂直橫截面中分別地具有水平寬度w的多個(gè)單位晶胞110’以及半導(dǎo)體器件100的上部中的一個(gè)。
[0038]在本示例性實(shí)施例中，在主體區(qū)5中形成P’型主體接觸區(qū)5c和η’型源極區(qū)15。此外，P+型接觸區(qū)6c在主體接觸區(qū)5c與補(bǔ)償區(qū)6之間延伸。為了明了起見，在圖1和隨后的圖中并未示出主體接觸區(qū)5c、源極區(qū)15和接觸區(qū)6c。
[0039]在第一表面101上布置有電介質(zhì)區(qū)13。在第一表面101與柵極電極12之間布置有電介質(zhì)區(qū)13的部分13a，其在水平方向上從漂移區(qū)沿著主體區(qū)5至少延伸到源極區(qū)15，使得可以沿著形成柵極電介質(zhì)區(qū)的部分13a由主體區(qū)5中的場效應(yīng)形成在本文中也稱為MOS溝道的反相溝道。相應(yīng)地，半導(dǎo)體器件100可以作為MOSFET進(jìn)行操作。
[0040]電介質(zhì)區(qū)13的剩余部分分別地在源極金屬化部10和柵極電極12和第一表面101之間形成層間電介質(zhì)。
[0041]在本示例性實(shí)施例中，源極金屬化部10經(jīng)由通過層間電介質(zhì)13形成到半導(dǎo)體主體40中的淺溝槽接點(diǎn)而對(duì)源極區(qū)15和主體接觸區(qū)5c (以及因此的P型補(bǔ)償區(qū)6)進(jìn)行電接觸。在其他實(shí)施例中，源極金屬化部10在第一表面101處對(duì)源極區(qū)15和主體接觸區(qū)5c進(jìn)行電接觸。
[0042]根據(jù)實(shí)施例，P型補(bǔ)償區(qū)6及漂移區(qū)的第一部分Ia的摻雜濃度被選擇成使得在截止?fàn)顟B(tài)下其電荷能夠被相互耗盡，并且在導(dǎo)通狀態(tài)下，從源極金屬化部10到漏極金屬化部11形成不中斷、低電阻傳導(dǎo)路徑。
[0043]根據(jù)另一實(shí)施例，可以在從第一表面101延伸到半導(dǎo)體主體40中的溝槽中形成柵極電極12和柵極電介質(zhì)13a。在本實(shí)施例中，主體區(qū)5和源極區(qū)15鄰接溝槽的上部，而漂移區(qū)Ia鄰接溝槽的下部。在本實(shí)施例中，漂移區(qū)Ia在活性區(qū)域中可以不延伸到第一表面101。
[0044]再次參考圖1，解釋其他實(shí)施例。每個(gè)補(bǔ)償區(qū)6包括第一部分6a和第二部分6b。第一部分6a分別地布置在相應(yīng)第二部分6b和源極金屬化部10和相應(yīng)主體區(qū)5之間。第一部分6a和漂移層Ia的至少一部分形成具有基本上等于零的凈摻雜的基本上帶狀第一區(qū)域1，即基本上已補(bǔ)償帶狀第一區(qū)域I。
[0045]此外，第二部分6b和至少緩沖和場阻止層lb、lc形成具有η型凈摻雜的基本上帶狀第二區(qū)域32。換言之，帶狀第二區(qū)域32僅僅被部分地補(bǔ)償。在本示例性實(shí)施例中，第二區(qū)域32由第二部分6b、緩沖和場阻止層lb、lc及漂移層Ia的鄰接部分形成。
[0046]在本示例性實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件100是具有在垂直橫截面中為基本上矩形的第一區(qū)域I和第二區(qū)域32的垂直半導(dǎo)體器件。在其他實(shí)施例中，源極金屬化部10和漏極金屬化部11兩者都布置在主表面101上。在這些實(shí)施例中，帶狀第一區(qū)域I和第二區(qū)域32通常是彎曲的。
[0047]半導(dǎo)體器件100通常包括多個(gè)逐對(duì)鄰接單位晶胞110、110’，其定義略微是任意的。然而，單位晶胞110、110’的水平寬度W由補(bǔ)償區(qū)6的節(jié)距W確定。獨(dú)立于精確的定義且對(duì)于垂直半導(dǎo)體器件而言，通過對(duì)具有水平寬度w (且在線k和I之間和/或在線j和k之間)的單位晶胞Iio的矩形第二區(qū)域32的P型摻雜劑的濃度求積分而獲得的積分通常低于通過對(duì)第二區(qū)域32的η型摻雜劑的濃度求積分而獲得的積分，而通過對(duì)具有水平寬度w(且在線I和j之間)的單位晶胞110的矩形第一區(qū)域I的P型摻雜的濃度求積分而獲得的積分與通過對(duì)單位晶胞110的矩形第一區(qū)域I的η型摻雜劑的濃度求積分而獲得的積分基本上匹配。
[0048]部分補(bǔ)償帶狀第二區(qū)域32的η型摻雜劑的過量通常在從約IO15 cm_3至約IO16CnT3范圍內(nèi)。
[0049]通常，與布置在第二部分3與由漂移層Ia和補(bǔ)償區(qū)6形成的鄰接完全或至少基本上補(bǔ)償部分I之間的帶狀第二區(qū)域32的第一部分2相比，η型摻雜劑的過量在部分補(bǔ)償帶狀第二區(qū)域32的第二部分3中較大。
[0050]通常，第一部分2的有效η摻雜或凈η摻雜、即η型和ρ型區(qū)lb、6b的整體摻雜在從約IO15 cm 3至約6*1015 cm 3范圍內(nèi)。
[0051]在阻塞模式下，其中，在漏極金屬化部11與源極金屬化部10之間施加大于零的反向漏極源極電壓Vds = Vd - Vs，并且其中跨主體區(qū)5未形成溝道區(qū)，在半導(dǎo)體主體40中形成空間電荷區(qū)。
[0052]根據(jù)實(shí)施例，半導(dǎo)體器件100的半導(dǎo)體區(qū)的幾何結(jié)構(gòu)和摻雜關(guān)系被選擇成使得在高于半導(dǎo)體器件100的擊穿電壓的約30%的反向漏極源極電壓VDS下，補(bǔ)償區(qū)6基本上被耗盡，同時(shí)緩沖和場阻止層lb、Ic僅被部分地耗盡。這在圖1中用曲線c來指示，其示出了對(duì)應(yīng)空間電荷區(qū)的邊界。為了比較，在圖1中另外示出了對(duì)應(yīng)于在其擊穿電壓的約30%下具有相同η型摻雜但不具有部分補(bǔ)償區(qū)域32的類似器件的空間電荷區(qū)的線。
[0053]當(dāng)進(jìn)一步增加反向漏極源極電壓時(shí)，部分補(bǔ)償區(qū)域32被進(jìn)一步耗盡。相應(yīng)地，空間電荷區(qū)進(jìn)一步延伸到部分補(bǔ)償區(qū)域32的η型子區(qū)域lb、lc中。如在本說明書中所使用的短語“在第二區(qū)域中進(jìn)一步形成空間電荷區(qū)”意圖描述第二導(dǎo)電性類型的第二區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域已被基本上耗盡，而第一導(dǎo)電性類型的第二區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域隨著增加的電壓降而進(jìn)一步被耗盡。同樣地，如在本說明書中使用的短語“在第二部分中進(jìn)一步形成空間電荷區(qū)”意圖描述第二導(dǎo)電性類型的第二部分的一個(gè)或多個(gè)子部分已被基本上耗盡而第一導(dǎo)電性類型的第二部分的一個(gè)或多個(gè)子部分隨著增加的電壓降而被進(jìn)一步耗盡。
[0054]圖1中的曲線d對(duì)應(yīng)于反向漏極源極電壓下的空間電荷區(qū)的邊界，其與半導(dǎo)體器件100的擊穿電壓匹配。在沒有部分補(bǔ)償區(qū)域32的情況下，擊穿電壓下的空間電荷區(qū)的邊界將在圖1中的約線k的深度中。
[0055]在本示例性實(shí)施例中，隨著增加的反向漏極源極電壓，漂移層及緩沖和場阻止層IbUc首先在擊穿電壓的約30%以下的反向漏極源極電壓下被基本上水平地耗盡，并且然后在擊穿電壓約30%以上的反向漏極源極電壓下被基本上垂直地耗盡。
[0056]由于空間電荷區(qū)(耗盡層)在垂直方向上隨著增加的反向漏極源極電壓平滑地?cái)U(kuò)展，類似于具有純?chǔ)菗诫s緩沖層的半導(dǎo)體器件，所以保持了純?chǔ)菗诫s緩沖層的有利電效應(yīng)。例如，可以在對(duì)半導(dǎo)體器件100進(jìn)行換向期間隨著電壓而平滑地去除緩沖和場阻止層lb、Ic區(qū)域中的存儲(chǔ)空穴。這導(dǎo)致良好的切換柔軟性。
[0057]由于補(bǔ)償區(qū)6，其延伸通過緩沖層lb，與常規(guī)補(bǔ)償器件相比減小了半導(dǎo)體器件100的通態(tài)電阻Ron，而輸出電容僅僅略微增加。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)通態(tài)電阻Ron與切換損耗之間的更好權(quán)衡。
[0058]此外，在雪崩模式下，例如在由宇宙射線發(fā)起的高電流模式或動(dòng)態(tài)雪崩期間，電場能夠進(jìn)一步穿透至場阻止層Ic中，采用這樣的方式使得電場到場阻止層Ic的穿透深度借助于正積聚在場阻止層Ic中的電壓儲(chǔ)量而隨著電流增加。這類似于在補(bǔ)償結(jié)構(gòu)6下面具有場阻止層的補(bǔ)償器件，并且避免了高電流強(qiáng)度下的所謂的急速返回效應(yīng)，其可能導(dǎo)致漏電壓的崩潰且甚至是器件損壞。
[0059]補(bǔ)償區(qū)6可以延伸至接近于或者甚至至少到形成于場阻止層Ic與漏極層4之間的界面?？梢栽诟≈醚a(bǔ)償區(qū)6下面設(shè)置場阻止層Ic的基本上η型(未補(bǔ)償)薄層，例如具有2 Mffl或以下的垂直厚度的η型層。由于至少接近于漏極層4的部分補(bǔ)償區(qū)域32，與在完全補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償結(jié)構(gòu)下面具有未補(bǔ)償場阻止層的常規(guī)補(bǔ)償器件相比，通態(tài)電阻Ron可以較低，同時(shí)還避免了急速返回效應(yīng)。
[0060]通常，當(dāng)在漏極金屬化部11與源極金屬化部10之間施加擊穿電壓時(shí)，擊穿電壓的至多30%跨場阻止部分Ic下降。
[0061]圖3圖示出通過半導(dǎo)體器件100’的半導(dǎo)體主體40的垂直橫截面。半導(dǎo)體器件100’類似于上文相對(duì)于圖1、2解釋的半導(dǎo)體器件100。然而，半導(dǎo)體器件100’的P型補(bǔ)償區(qū)6被形成為基本上垂直取向的條形平行六面體。相應(yīng)地，半導(dǎo)體器件100’具有交替的ρ型列6和η列l(wèi)a、lb、Ic的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，其中的每一個(gè)具有基本上矩形的橫截面。在垂直橫截面中，分別地，P型補(bǔ)償區(qū)6 (ρ型列6)的節(jié)距w和單位晶胞110’的寬度w分別地由ρ型列6 (補(bǔ)償區(qū)6)的水平延伸Wp與相鄰ρ型列6之間的水平距離Wn和η型列l(wèi)a、lb、Ic的水平寬度wn的和確定。
[0062]根據(jù)實(shí)施例，摻雜關(guān)系被選擇成使得空間電荷區(qū)中的電場(在下文中也稱為橫向電場)的水平分量為半導(dǎo)體材料的擊穿電場Ebd的約I/ V 2。
[0063]將圖3中的水平方向和垂直方向分別地表示為X方向和z方向，能夠?qū)崿F(xiàn)用于部分補(bǔ)償區(qū)域32的η型列l(wèi)a、lb、Ic的通常期望摻雜濃度Nd32(Z)的以下估計(jì)。凈ρ摻雜由最大可允許橫向電場(Ex)確定。部分補(bǔ)償區(qū)域32中的凈η摻雜被設(shè)計(jì)成使得η型列的垂直可耗盡表面電荷與類似半導(dǎo)體器件的垂直可耗盡表面電荷(但是在P型列下面具有摻雜Nd(Z)的純?chǔ)切途彌_層)加部分補(bǔ)償區(qū)域32的水平可耗盡電荷匹配。這導(dǎo)致Nd32(Z)=ND(z)*w/wn+NAp的部分補(bǔ)償區(qū)域32中的η型列l(wèi)a、lb、lc的摻雜濃度，其中，Nap是由Nap= V 2*Ebd* ε 0* ε r / (wp*q)給出的ρ型列6的ρ摻雜，其中，ε ^ ε ^和q分別地指示半導(dǎo)體材料的真空介電常數(shù)、相對(duì)介電常數(shù)和基本電荷。
[0064]用此類摻雜關(guān)系，可以在不降低柔軟性的情況下且在不增加高電流模式下的器件故障的風(fēng)險(xiǎn)的情況下與常規(guī)補(bǔ)償半導(dǎo)體器件相比將通態(tài)電阻Ron減小10%或以上。
[0065]圖4圖示出通過半導(dǎo)體器件200的半導(dǎo)體主體40的垂直橫截面。半導(dǎo)體器件200類似于上文相對(duì)于圖1、2解釋的半導(dǎo)體器件100。補(bǔ)償區(qū)6的ρ型第二部分6b也與緩沖層Ib且可能與漂移層Ia和場阻止層Ic的鄰接部分一起形成部分補(bǔ)償區(qū)域32。然而，半導(dǎo)體器件100的ρ型補(bǔ)償區(qū)6僅僅垂直地延伸到緩沖和場阻止層lb、lc的一部分中，其在施加對(duì)應(yīng)于擊穿電壓的反向漏極源極電壓時(shí)被耗盡。在圖4中用曲線c來指示對(duì)應(yīng)空間電荷區(qū)的邊界。
[0066]根據(jù)實(shí)施例，ρ型浮置補(bǔ)償區(qū)6f被布置在場阻止層Ic的一部分中，其當(dāng)在漏極金屬化部11與源極金屬化部10之間施加擊穿電壓時(shí)未被耗盡。在垂直橫截面中，每個(gè)P型浮置補(bǔ)償區(qū)6f與場阻止層Ic形成閉合pn結(jié)。
[0067]在本示例性實(shí)施例中，浮置補(bǔ)償區(qū)6f具有與補(bǔ)償區(qū)6相同的節(jié)距且相對(duì)于補(bǔ)償區(qū)6垂直地居于中心。在其他實(shí)施例中，浮置補(bǔ)償區(qū)6f具有不同的節(jié)距。
[0068]浮置補(bǔ)償區(qū)6f的凈ρ摻雜通常低于場阻止層Ic的凈η摻雜。相應(yīng)地，場阻止層Ic和浮置補(bǔ)償區(qū)6f通常形成在用于達(dá)到擊穿電壓的反向電壓的靜態(tài)條件下未被耗盡的另一部分補(bǔ)償區(qū)域32b，但是其在動(dòng)態(tài)雪崩模式或另一高電流模式下可以被耗盡。也分別地稱為第一和第二部分補(bǔ)償區(qū)域32、32b的部分補(bǔ)償區(qū)域32和另一部分補(bǔ)償區(qū)域32b通過場阻止層Ic的基本上η型(未補(bǔ)償)的薄區(qū)域33被相互隔離。基本上η型薄層33通常具有小于約3 Mm、更典型地小于約2 Mm、例如約I Mm的垂直延伸。
[0069]浮置補(bǔ)償區(qū)6f可以延伸到至少接近于在漏極層Id與場阻止層Ic之間形成的界面。在其他實(shí)施例中，場阻止層Ic的基本上η型(未補(bǔ)償)薄層被布置在浮置補(bǔ)償區(qū)6f下面?；旧夕切捅油ǔ＞哂行∮诩s3 Mm、更典型地小于約2 Mffl的垂直延伸部分。
[0070]緩沖層Ib可以具有最大摻雜濃度，其基本上等于或高于漂移層Ia的最大摻雜濃度，但是低于場阻止層Ic的最大摻雜濃度。
[0071]由于浮置補(bǔ)償區(qū)6f未被連接到源極金屬化部10，所以它們并未對(duì)輸出電容有所貢獻(xiàn)。在動(dòng)態(tài)情況下，浮置補(bǔ)償區(qū)6f可以被完全耗盡，同時(shí)場阻止層Ic僅僅被部分耗盡。在耗盡期間，自由載流子分別被場驅(qū)動(dòng)流到源極電極和漏極電極11。如果晶體管再次被切換，則浮置補(bǔ)償區(qū)6f可能不會(huì)再次立即充滿空穴。因此，對(duì)應(yīng)的空間電荷區(qū)可以暫時(shí)地留在場阻止層Ic的相鄰區(qū)域中。這可以導(dǎo)致導(dǎo)通電阻Ron的小的暫時(shí)增加。通常，導(dǎo)通電阻Ron的暫時(shí)增加不大于“等效”純?chǔ)菗诫s層的對(duì)應(yīng)電阻。此外，熱生成載流子將在后續(xù)操作循環(huán)中重新填充已耗盡浮置補(bǔ)償區(qū)6f，使得導(dǎo)通電阻Ron再次減小。
[0072]上文相對(duì)于圖1至4所解釋的半導(dǎo)體器件100、100’ ,200通常是具有多個(gè)單位晶胞110、110’的功率半導(dǎo)體器件，例如垂直功率半導(dǎo)體器件。雖然附圖參考η溝道MOSFET，但可以提供具有半導(dǎo)體區(qū)域的相反摻雜類型的P溝道M0SFET。
[0073]根據(jù)實(shí)施例，功率半導(dǎo)體器件100、100’ ,200包括擊穿電壓、源極金屬化部10、漏極金屬化部11和半導(dǎo)體主體40。半導(dǎo)體主體40包括主表面101、與漏極金屬化部11進(jìn)行歐姆接觸的第一導(dǎo)電性類型的漂移層la、鄰接漂移層Ia且具有高于漂移層Ia的最大摻雜濃度的第一導(dǎo)電性類型的緩沖和場阻止層lb、lc以及多個(gè)單位晶胞110、110’。多個(gè)單位晶胞110、110’在基本上垂直于主表面101的垂直橫截面中包括第二導(dǎo)電性類型的多個(gè)間隔開的補(bǔ)償區(qū)6，其中的每一個(gè)與漂移層Ia及緩沖和場阻止層lb、Ic形成相應(yīng)第一 pn結(jié)，并且與源極金屬化部10進(jìn)行歐姆接觸。單位晶胞110、110’的上部I具有基本上等于零的凈摻雜，并且單位晶胞110、110’的鄰接下部32具有第一導(dǎo)電性類型的凈摻雜。當(dāng)在漏極金屬化部11與源極金屬化部10之間施加擊穿電壓的在約30%與70%之間、通常100%的反向電壓時(shí)，分別地，可以在下部32的第一導(dǎo)電性類型的子區(qū)域lb、lc中進(jìn)一步形成空間電荷區(qū)且其進(jìn)一步延伸到下部32的第一導(dǎo)電性類型的子區(qū)域lb、lc中。
[0074]在雪崩模式下，電場到緩沖和場阻止層lb、lc中的穿透深度通常隨電流而增加。
[0075]緩沖和場阻止層lb、lc通常包括緩沖部分Ib (緩沖層)和具有高于緩沖部分Ib的平均摻雜濃度的場阻止部分Ic (場阻止層)。緩沖部分Ib被布置在場阻止部分Ic與漂移層Ia之間。
[0076]緩沖部分Ib可以具有在從約2 Mm至約10 Mm范圍內(nèi)的垂直延伸。
[0077]通常，當(dāng)在漏極金屬化部11與源極金屬化部10之間施加對(duì)應(yīng)于擊穿電壓的反向漏極源極電壓時(shí)，擊穿電壓的至多約30%跨場阻止部分Ic下降。
[0078]補(bǔ)償區(qū)6通?；旧峡缇彌_部分Ib延伸。補(bǔ)償區(qū)6可以延伸到至少接近于漏極層4，如圖1至3中所示。
[0079]替換地，在每個(gè)補(bǔ)償區(qū)6下面，可以布置第二導(dǎo)電性類型的浮置補(bǔ)償區(qū)6f，其被完全嵌入場阻止部分Ic中，如圖4中所示。浮置補(bǔ)償區(qū)6f的凈ρ摻雜通常低于場阻止部分Ic的凈η摻雜。
[0080]雖然已公開了本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將顯而易見的是在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種變更和修改，其將實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的某些優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將顯而易見的是可以適當(dāng)?shù)厝〈鷪?zhí)行相同功能的其他部件。應(yīng)提到的是可以將參考特定圖所解釋的特征與其他圖的特征組合，即使在其中未明確提到這一點(diǎn)的那些情況下。對(duì)本發(fā)明概念的此類修改意圖被所附權(quán)利要求覆
至JHL ο
[0081]諸如“下面”、“之下”、“下”、“之上”、“上”等空間相對(duì)術(shù)語是為了便于說明而使用的，以解釋一個(gè)元件相對(duì)于又一元件的定位。除與圖中所描繪的那些不同的取向之外，這些術(shù)語意圖涵蓋器件的不同取向。此外，還使用諸如“第一”、“第二”等的術(shù)語來描述各種元件、區(qū)域、部分等，并且也不意圖是限制性的。相同的術(shù)語遍及整個(gè)描述指示相同的元件。
[0082]如本文所使用的術(shù)語“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等是開放性術(shù)語，其指示所述元件或特征的存在，但是不排除附加元件或特征。本文所使用的冠詞“一”、“一個(gè)”和“該”意圖包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另外清楚地指明。
[0083]鑒于以上變化和應(yīng)用范圍，應(yīng)理解的是本發(fā)明不受前述說明的限制，也不受附圖的限制。事實(shí)上，本發(fā)明僅僅由以下權(quán)利要求及其法律等價(jià)物來定義和限制。
【權(quán)利要求】
1.一種具有擊穿電壓的半導(dǎo)體器件，包括: -源極金屬化部； -漏極金屬化部；以及 - 半導(dǎo)體主體，包括: -第一導(dǎo)電性類型的漂移層，其與漏極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸； -第一導(dǎo)電性類型的緩沖和場阻止層，其鄰接漂移層且包括高于漂移層的最大摻雜濃度；以及 -在垂直橫截面中，第二導(dǎo)電性類型的多個(gè)間隔開的補(bǔ)償區(qū)，其中的每一個(gè)與漂移層及緩沖和場阻止層形成相應(yīng)第一 Pn結(jié)，并且與源極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸，每個(gè)補(bǔ)償區(qū)包括第二部分和布置在第二部分與源極金屬化部之間的第一部分，該第一部分和漂移層形成具有基本上等于零的凈摻雜的基本上帶狀第一區(qū)域，第二部分及至少緩沖和場阻止層形成具有第一導(dǎo)電性類型的凈摻雜的基本上帶狀第二區(qū)域， -其中，當(dāng)在漏極金屬化部和源極金屬化部之間施加在擊穿電壓的約30%與至少70%之間的反向電壓時(shí)，在第二區(qū)域中形成空間電荷區(qū)。
2.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中，所述緩沖和場阻止層包括緩沖部分和包括高于該緩沖部分的平均摻雜濃度的場阻止部分，該緩沖部分被布置在場阻止部分與漂移層之間。
3.權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體主體包括主表面，其中，所述垂直橫截面基本上垂直于所述主表面，并且其中，所述緩沖部分在基本上垂直于主表面的方向上具有在從約2 Mm至約10 Mm范圍內(nèi)的延伸。
4.權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中，當(dāng)在漏極金屬化部與源極金屬化部之間施加擊穿電壓時(shí)，擊穿電壓的至多約30%跨場阻止部分下降。
5.權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中，當(dāng)在漏極金屬化部與源極金屬化部之間施加擊穿電壓時(shí)，所述場阻止部分僅僅被部分地耗盡。
6.權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中，所述補(bǔ)償區(qū)基本上跨緩沖部分延伸，在垂直橫截面中還包括第二導(dǎo)電性類型的多個(gè)間隔開的浮置補(bǔ)償區(qū)，其被完全嵌入場阻止部分中，并包括低于場阻止部分的凈摻雜。
7.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括第一導(dǎo)電性類型的漏極層，其被布置在漏極金屬化部與緩沖和場阻止層之間并包括高于緩沖和場阻止層的最大摻雜濃度。
8.權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中，所述漏極層和所述緩沖和場阻止層形成界面，并且其中，所述補(bǔ)償區(qū)接近于該界面延伸。
9.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中，當(dāng)在所述漏極金屬化部與源極金屬化部之間施加在擊穿電壓的約30%以下的反向電壓時(shí)，在第一區(qū)域中形成所述空間電荷區(qū)。
10.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中，當(dāng)在所述漏極金屬化部與源極金屬化部之間施加在擊穿電壓的約30%的反向電壓時(shí)，補(bǔ)償區(qū)被基本上耗盡。
11.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中，鄰接第一區(qū)域的第二區(qū)域的一部分的凈摻雜在從約IO15 cm 3至約6*1015cm 3范圍內(nèi)。
12.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中，在雪崩模式或另一高電流模式下，電場到緩沖和場阻止層中的穿透深度隨電流而增加。
13.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中，第一區(qū)域和第二區(qū)域中的至少一個(gè)是基本上矩形的。
14.一種具有擊穿電壓的半導(dǎo)體器件，包括: -源極金屬化部； -漏極金屬化部；以及 -半導(dǎo)體主體，包括: -第一導(dǎo)電性類型的漂移層，其與漏極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸； -第一導(dǎo)電性類型的場阻止層，其布置在漏極金屬化部與漂移層(Ia)之間，與漂移層進(jìn)行歐姆接觸并包括高于漂移層的最大摻雜濃度； -在垂直橫截面中，第二導(dǎo)電性類型的至少兩個(gè)間隔開的補(bǔ)償區(qū)，其中的每一個(gè)與漂移層形成相應(yīng)第一 Pn結(jié)并與源極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸；以及 -在垂直橫截面中，第二導(dǎo)電性類型的至少兩個(gè)浮置補(bǔ)償區(qū)，其中的每一個(gè)與場阻止層形成閉合pn結(jié)并被布置在場阻止層的一部分中，當(dāng)在漏極金屬化部與源極金屬化部之間施加擊穿電壓時(shí)其未被耗盡。
15.權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，其中，在場阻止層中布置了多個(gè)浮置補(bǔ)償區(qū)，并且其中，所述多個(gè)浮置補(bǔ)償區(qū)的凈P摻雜低于場阻止層的凈η摻雜。
16.權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，還包括布置在漂移層與場阻止層之間且包括高于漂移層的最大摻雜濃度且低于場阻止層的最大摻雜濃度的最大摻雜的第一導(dǎo)電性類型的緩沖層，其中，補(bǔ)償區(qū)延伸到緩沖層中。
17.權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件在垂直橫截面中包括多個(gè)鄰接單位晶胞，并且其中，在每個(gè)單位晶胞中，通過對(duì)基本上矩形第一區(qū)域的η型摻雜劑的濃度求積分而獲得的積分與通過對(duì)第一區(qū)域的P型摻雜劑的濃度求積分而獲得的積分基本上匹配，第一區(qū)域被緊挨著源極金屬化部布置，并且第一矩形區(qū)域的水平延伸與單位晶胞的水平延伸基本上匹配。
18.權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中，在每個(gè)單位晶胞中，通過對(duì)單位晶胞基本上矩形第二區(qū)域的P型摻雜劑的濃度求積分而獲得的積不同于通過對(duì)第二區(qū)域的η型摻雜劑的濃度求積分而獲得的積分，第一區(qū)域被布置在源極金屬化部與第二區(qū)域之間，第二矩形區(qū)域的水平延伸與單位晶胞的水平延伸基本上匹配。
19.權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件，還包括第一導(dǎo)電性類型的漏極層，其被布置在漏極金屬化部和場阻止層之間并包括高于場阻止層的最大摻雜濃度。
20.權(quán)利要求19的半導(dǎo)體器件，其中，所述漏極層和所述場阻止層形成界面，并且其中，所述浮置補(bǔ)償區(qū)接近于該界面延伸。
21.一種具有擊穿電壓的功率半導(dǎo)體器件，包括: -源極金屬化部； -漏極金屬化部；以及 -半導(dǎo)體主體，包括: -主表面； -第一導(dǎo)電性類型的漂移層，其與漏極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸； -第一導(dǎo)電性類型的緩沖和場阻止層，其鄰接漂移層且包括高于漂移層的最大摻雜濃度；以及-多個(gè)單位晶胞，在基本上垂直于主表面的垂直橫截面中包括第二導(dǎo)電性類型的多個(gè)間隔開的補(bǔ)償區(qū)，其中的每一個(gè)與漂移層及緩沖和場阻止層形成相應(yīng)第一 pn結(jié)，并且與源極金屬化部進(jìn)行歐姆接觸；以及 -其中，單位晶胞的上部具有基本上等于零的凈摻雜，并且單位晶胞的鄰接下部具有第一導(dǎo)電性類型的凈摻雜，當(dāng)在漏極金屬化部與源極金屬化部之間施加在擊穿電壓的約30%與至少70%之間的反向電壓時(shí)，在下部中形成空間電荷區(qū)，在雪崩模式下，電場到緩沖和場阻止層的穿透深度隨電流而增加。
22.權(quán)利要求21的半導(dǎo)體器件，其中，所述緩沖和場阻止層包括緩沖部分和包括高于該緩沖部分的平均摻雜濃度的場阻止部分，該緩沖部分被布置在場阻止部分與漂移層之間。
23.權(quán)利要求22的半導(dǎo)體器件，其中，所述緩沖部分具有在從約2Mm至約10 范圍內(nèi)的垂直延伸。
24.權(quán)利要求22的半導(dǎo)體器件，其中，當(dāng)在漏極金屬化部與源極金屬化部之間施加擊穿電壓時(shí)，擊穿電壓的至多約30%跨場阻止部分下降。
25.權(quán)利要求22的半導(dǎo)體器件，其中，所述補(bǔ)償區(qū)基本上跨緩沖部分延伸，其中，在每個(gè)補(bǔ)償區(qū)下面布置了第二導(dǎo)電性類型的浮置補(bǔ)償區(qū)，其被完全嵌入場阻止部分中，并且其中，浮置補(bǔ)償區(qū)的 凈摻雜低于場阻止部分的凈摻雜。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK103915485SQ201310747469
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】S.加梅里特, F.希爾勒, H.韋伯 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利有限公司