具有補(bǔ)償區(qū)的半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了具有補(bǔ)償區(qū)的半導(dǎo)體器件。一種半導(dǎo)體器件包括：半導(dǎo)體基體，所述半導(dǎo)體基體包括內(nèi)區(qū)和邊緣區(qū)；在所述內(nèi)區(qū)和邊緣區(qū)中并且耦合到第一端子的第一摻雜類型的第一摻雜器件區(qū)；以及在所述內(nèi)區(qū)中并耦合到第二端子的與所述第一摻雜類型互補(bǔ)的第二摻雜類型的至少一個(gè)第二摻雜器件區(qū)。此外，所述半導(dǎo)體器件包括所述邊緣區(qū)中的少數(shù)載流子轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。所述少數(shù)載流子轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)包括：與第一摻雜器件區(qū)鄰接的第二摻雜類型的第一阱區(qū)，以及將所述第一阱區(qū)電耦合到第一摻雜器件區(qū)的導(dǎo)體。
【專利說明】具有補(bǔ)償區(qū)的半導(dǎo)體器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及具有邊緣終止的半導(dǎo)體器件，具體而言，涉及垂直功率半導(dǎo) 體器件。

【背景技術(shù)】
[0002] 諸如功率二極管或功率M0SFET的功率半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)用來承受高阻斷電壓。那 些功率器件包括在P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)和η型摻雜半導(dǎo)體區(qū)之間形成的pn結(jié)。當(dāng)pn結(jié)反向 偏置時(shí)，該組件阻斷(被關(guān)閉）。在這種情況下，耗盡區(qū)（也被稱為空間電荷區(qū)）在P型摻雜 和η型摻雜區(qū)中傳播。通常，這些半導(dǎo)體區(qū)中的一個(gè)區(qū)是比這些半導(dǎo)體區(qū)中的另一個(gè)區(qū)更 輕度摻雜的，從而使得耗盡區(qū)主要在更輕度摻雜的區(qū)中延伸，其主要支持跨pn結(jié)施加的電 壓。支持阻斷電壓的半導(dǎo)體區(qū)在二極管中被稱為基極區(qū)，而在M0SFET中被稱為漂移區(qū)。
[0003] pn結(jié)支持高電壓的能力受限于雪崩擊穿現(xiàn)象。隨著跨pn結(jié)施加的電壓增加，形 成pn結(jié)的那些半導(dǎo)體區(qū)中的電場增加。電場導(dǎo)致半導(dǎo)體區(qū)中存在的移動(dòng)電荷載流子的加 速。當(dāng)由于電場導(dǎo)致電荷載流子加速，使得它們通過碰撞電離產(chǎn)生電子-空穴對(duì)時(shí)，雪崩擊 穿發(fā)生。由碰撞電離產(chǎn)生的電荷載流子產(chǎn)生新的電荷載流子，從而存在倍增效應(yīng)。在雪崩擊 穿開始時(shí)，極大的電流在相反方向上流過pn結(jié)。雪崩擊穿發(fā)生時(shí)的電壓被稱為擊穿電壓。
[0004] 雪崩擊穿發(fā)生時(shí)的電場被稱為臨界電場（Erait)。臨界電場的絕對(duì)值主要取決于用 于形成pn結(jié)的半導(dǎo)體材料的類型，并且弱依賴于較輕度摻雜的半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度。
[0005] 臨界電場是針對(duì)在與電場的場強(qiáng)矢量垂直的方向上具有無限尺寸的半導(dǎo)體區(qū)定 義的理論值。然而，功率半導(dǎo)體組件具有在橫向方向上終止于邊緣表面的有限尺寸的半導(dǎo) 體基體。在垂直功率半導(dǎo)體器件中， pn結(jié)通常不會(huì)延伸到半導(dǎo)體基體的邊緣表面，而是在 橫向方向上遠(yuǎn)離半導(dǎo)體基體的邊緣表面，所述垂直功率半導(dǎo)體器件是pn結(jié)主要在半導(dǎo)體 基體的水平面中延伸的半導(dǎo)體器件。在這種情況下，在橫向方向上鄰接pn結(jié)的半導(dǎo)體基體 的半導(dǎo)體區(qū)(邊緣區(qū)）也必須承受阻斷電壓。
[0006] 在所謂的超結(jié)器件中，pn結(jié)具有相對(duì)大的面積。這些器件包括與漂移區(qū)互補(bǔ)摻雜 并且與漂移區(qū)鄰接的補(bǔ)償區(qū)。補(bǔ)償區(qū)和漂移區(qū)之間的pn結(jié)形成半導(dǎo)體器件的整體pn結(jié)的 一部分。補(bǔ)償區(qū)用于當(dāng)pn結(jié)反向偏置時(shí)，對(duì)漂移區(qū)中的摻雜載流子進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償效果允 許具有比常規(guī)(非超結(jié)）器件更高摻雜濃度的漂移區(qū)的實(shí)現(xiàn)，從而以給定的電壓阻斷能力導(dǎo) 致較低的導(dǎo)通電阻。
[0007] 當(dāng)pn結(jié)為正向偏置時(shí)，從補(bǔ)償區(qū)發(fā)射到漂移區(qū)中的少數(shù)電荷載流子以及漂移區(qū) 中的多數(shù)電荷載流子形成電荷載流子等離子體。當(dāng)pn結(jié)為反向偏置時(shí)，該電荷載流子等離 子體必須在半導(dǎo)體器件阻斷之前從漂移區(qū)移除。當(dāng)pn結(jié)為正向偏置時(shí)，存儲(chǔ)在邊緣區(qū)中的 大量的電荷載流子可能導(dǎo)致邊緣區(qū)的降低的電壓阻斷能力，并且可能導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的破 壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 第一實(shí)施例涉及半導(dǎo)體器件。所述半導(dǎo)體器件包括：半導(dǎo)體基體，所述半導(dǎo)體基體 包括內(nèi)區(qū)和邊緣區(qū)；在所述內(nèi)區(qū)和所述邊緣區(qū)中并且耦合到第一端子的第一摻雜類型的第 一摻雜器件區(qū)；以及在所述內(nèi)區(qū)中并耦合到第二端子的與所述第一摻雜類型互補(bǔ)的第二摻 雜類型的至少一個(gè)第二摻雜器件區(qū)。此外，所述半導(dǎo)體器件包括所述邊緣區(qū)中的少數(shù)載流 子轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。所述少數(shù)載流子轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)包括：與第一器件區(qū)鄰接的第二摻雜類型的第 一阱區(qū)，以及將所述第一阱區(qū)電耦合到第一器件區(qū)的導(dǎo)體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 現(xiàn)在將參考附圖來解釋示例。附圖用來示出基本操作，從而僅示出用于理解基本 原理的必要方面。附圖不是按比例的。在附圖中，相同的參考字符表示相同的特征。
[0010] 圖1示意性地示出了在半導(dǎo)體基體的邊緣區(qū)中包括少數(shù)電荷載流子轉(zhuǎn)換器的半 導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖； 圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的少數(shù)電荷載流子轉(zhuǎn)換器； 圖3示出了根據(jù)另外實(shí)施例的少數(shù)電荷載流子轉(zhuǎn)換器； 圖4示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括具有水平拓?fù)涞纳贁?shù)電荷載流子轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體 器件的頂視圖； 圖5示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括具有水平拓?fù)涞纳贁?shù)電荷載流子轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體 器件的頂視圖； 圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括具有水平拓?fù)涞纳贁?shù)電荷載流子轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體 器件的頂視圖； 圖7示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括具有水平拓?fù)涞碾姾奢d流子轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體器件 的頂視圖； 圖8示出了在半導(dǎo)體基體的邊緣區(qū)中包括少數(shù)電荷載流子轉(zhuǎn)換器的M0S晶體管的垂直 橫截面視圖；以及 圖9示出了在半導(dǎo)體基體的邊緣區(qū)中包括少數(shù)電荷載流子轉(zhuǎn)換器的二極管的垂直橫 截面視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 在下面的詳細(xì)描述中，參考了附圖。附圖形成了說明書的一部分，并且通過圖示的 方式示出了可以在其中實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是：除非特別另外指出，否則 本文中描述的各個(gè)實(shí)施例的特征可以互相組合。
[0012] 圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。所述半導(dǎo)體器件包 括具有第一表面101、內(nèi)區(qū)110以及邊緣區(qū)120的半導(dǎo)體基體100。圖1在垂直剖面中示出 了半導(dǎo)體器件，該垂直剖面是與第一表面101垂直的剖面。例如，該半導(dǎo)體基體包括諸如硅 (Si)、碳化硅（SiC)、氮化鎵（GaN)、砷化鎵（GaAs)等的常規(guī)半導(dǎo)體材料。
[0013] 參照?qǐng)D1，在內(nèi)區(qū)110和邊緣區(qū)120中布置了第一摻雜類型的第一摻雜器件區(qū)11。 至少一個(gè)第二摻雜器件區(qū)21與內(nèi)區(qū)110中的第一器件區(qū)11形成pn結(jié)J。
[0014] 第一器件區(qū)11電耦合或連接到第一電極或端子31，并且第二器件區(qū)21電耦合到 第二電極或端子32。第一器件區(qū)11在下面也將被稱為漂移區(qū)或基極區(qū)，并且第二器件21 也將被稱為補(bǔ)償區(qū)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，有多個(gè)補(bǔ)償區(qū)21位于內(nèi)區(qū)110中。
[0015] 半導(dǎo)體器件還包括邊緣區(qū)中的少數(shù)載流子轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)40。下面在本文中進(jìn)一步詳 細(xì)解釋該少數(shù)載流子轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)40。
[0016] 器件結(jié)J所在的內(nèi)區(qū)110也可以被稱為半導(dǎo)體器件的活動(dòng)區(qū)。邊緣區(qū)120在半導(dǎo) 體基體100的橫向方向上與內(nèi)區(qū)或活動(dòng)區(qū)110鄰接，并且包圍內(nèi)區(qū)110。半導(dǎo)體基體100的 "橫向方向"是與半導(dǎo)體基體1〇〇的第一表面101平行的方向。由于邊緣區(qū)120包圍活動(dòng) 區(qū)110,因此邊緣區(qū)120總是位于半導(dǎo)體基體100的活動(dòng)區(qū)110與邊緣表面102之間。"邊 緣表面102"是半導(dǎo)體基體100的表面，其在橫向方向上終止半導(dǎo)體基體100。參照?qǐng)D1，邊 緣區(qū)120可以與邊緣表面102鄰接。然而，邊緣區(qū)120不一定與邊緣表面102鄰接。根據(jù) 另外的實(shí)施例(未示出），邊緣區(qū)120還可以位于內(nèi)區(qū)110與在半導(dǎo)體基體100中實(shí)現(xiàn)的另 外半導(dǎo)體器件(未示出）的活動(dòng)區(qū)之間。因此，邊緣區(qū)120和實(shí)現(xiàn)在邊緣區(qū)120中的邊緣終 止結(jié)構(gòu)40以活動(dòng)區(qū)110 "終止"半導(dǎo)體器件，但不一定終止半導(dǎo)體基體100,在半導(dǎo)體基體 100中可以實(shí)現(xiàn)額外的半導(dǎo)體器件。換句話說，在一個(gè)半導(dǎo)體基體100中，可以單片集成兩 個(gè)或更多個(gè)半導(dǎo)體器件，其中，這些半導(dǎo)體器件中的每一個(gè)具有其自己的終止系統(tǒng)。不言自 明的是：單個(gè)半導(dǎo)體器件的這些終止系統(tǒng)可以彼此不同，這取決于每一個(gè)集成半導(dǎo)體器件 的需求，尤其是所期望的電壓阻斷能力。
[0017] 在圖1中示出的實(shí)施例中，第一區(qū)11經(jīng)由具有與第一區(qū)11相同的摻雜類型但較 高摻雜濃度的第三區(qū)12耦合到第一端子31。第一區(qū)11的摻雜濃度在例如1E12 cnT3與 1E16 cm_3之間；第二區(qū)21的摻雜濃度在例如1E12 cm_3與1E16 cm_3之間；以及第三區(qū)12 的摻雜濃度在例如1E18 cm_3與1E21 cm_3之間。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一區(qū)11中的摻雜劑原 子的總數(shù)量基本上與至少一個(gè)第二區(qū)21中的摻雜劑原子的總數(shù)量相對(duì)應(yīng)。
[0018] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第三區(qū)12由具有第三區(qū)的所期望摻雜濃度的摻雜的半導(dǎo)體襯 底形成。在該實(shí)施例中，可以將第一區(qū)11和第二區(qū)21布置在襯底上形成的外延層中。外 延層可以使用與第一區(qū)11的所期望摻雜濃度相對(duì)應(yīng)的摻雜濃度形成，并且第二區(qū)21 (以及 在第一區(qū)11中形成的其它區(qū)）可以通過注入和擴(kuò)散過程中的至少一個(gè)過程來產(chǎn)生。然而， 也有可能在形成外延層的外延生長過程中產(chǎn)生第一區(qū)11、第二區(qū)21。
[0019] 根據(jù)另外的實(shí)施例，半導(dǎo)體基體100包括具有第一區(qū)11的摻雜濃度的半導(dǎo)體襯 底。在該襯底中，第二區(qū)21和第三區(qū)12 (以及在第一區(qū)11中形成的其它區(qū)）可以通過注 入和擴(kuò)散過程中的至少一個(gè)過程來產(chǎn)生。
[0020] 參照?qǐng)D1，邊緣區(qū)120可選地包括第二摻雜類型的至少一個(gè)另外器件區(qū)22。該至 少一個(gè)另外器件區(qū)22在下文中將被稱為補(bǔ)償區(qū)。然而，不同于內(nèi)區(qū)110中的至少一個(gè)補(bǔ)償 區(qū)21，邊緣區(qū)120中的該補(bǔ)償區(qū)22可以是浮置的。也就是說，邊緣區(qū)120中的至少一個(gè)補(bǔ) 償區(qū)22可以沒有電連接到端子之一，諸如第二端子32。
[0021] 當(dāng)半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)為M0S晶體管時(shí)，半導(dǎo)體器件可以包括另外器件特征，諸如，例 如基體區(qū)、源極區(qū)、漏極區(qū)、以及柵極電極。然而，在圖1以及在圖2至7中，僅示出了對(duì)于 當(dāng)結(jié)J正向偏置時(shí)，理解邊緣終止結(jié)構(gòu)40的一種操作方式來說必要的半導(dǎo)體器件的那些特 征?？梢栽诎ㄆ茀^(qū)(諸如圖1中示出的漂移區(qū)11)和結(jié)(諸如圖1中示出的漂移區(qū)11 和補(bǔ)償區(qū)21之間的結(jié)J)的任意半導(dǎo)體器件中采用該邊緣終止結(jié)構(gòu)40。例如，具有漂移區(qū) 以及漂移區(qū)和補(bǔ)償區(qū)之間的結(jié)的半導(dǎo)體器件包括：諸如M0SFET (金屬氧化物柵型場效應(yīng)晶 體管）的MOS晶體管、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、或p-i-n二極管。在IGBT中，第三區(qū)12 與第一區(qū)11互補(bǔ)摻雜。
[0022] 在圖1中描繪了半導(dǎo)體器件的一種操作方式，并且具體而言，在下文中解釋了邊 緣終止結(jié)構(gòu)40的一種操作方式。圖1的半導(dǎo)體器件可以假定兩種不同的操作狀態(tài)，S卩，在 其中pn結(jié)J是正向偏置的第一操作狀態(tài)以及在其中pn結(jié)J是反向偏置的第二操作狀態(tài)。 pn結(jié)J是正向偏置還是反向偏置取決于施加于第一和第二端子31、32之間的電壓。僅出于 解釋的目的，假定第一器件區(qū)11是η型摻雜的，而第二器件區(qū)21是p型摻雜的。在這種情 況下，當(dāng)正電壓施加于第一端子31與第二端子32之間時(shí)，pn結(jié)J是反向偏置的；并且當(dāng)負(fù) 電壓施加于第一端子31與第二端子32之間時(shí)(這對(duì)應(yīng)于第二端子32與第一端子31之間 的正電壓)，pn結(jié)J是正向偏置的。然而，下面解釋的操作方式相應(yīng)地應(yīng)用于具有p型第一 區(qū)11和η型第二區(qū)21的半導(dǎo)體器件(差別在于：與具有η型第一區(qū)11的器件相比，電壓的 極性必須反轉(zhuǎn))。當(dāng)pn結(jié)J反向偏置時(shí)，耗盡區(qū)（空間電荷區(qū))在第一器件區(qū)11中和開始于 pn結(jié)J處的第二器件區(qū)21中擴(kuò)展。隨著對(duì)pn結(jié)J進(jìn)行反向偏置的電壓增加，耗盡區(qū)向第 一器件區(qū)11和第二器件區(qū)21中擴(kuò)展得越深。
[0023] 當(dāng)pn結(jié)J正向偏置時(shí)，第三區(qū)12發(fā)射第一類型的電荷載流子到第一區(qū)11中，并 且至少一個(gè)第二器件區(qū)21發(fā)射第二類型的電荷載流子到第一區(qū)11中。當(dāng)?shù)谝粎^(qū)11和第 三區(qū)12是η型摻雜時(shí)，第一類型的電荷載流子是η型載流子（電子)，并且當(dāng)?shù)诙骷^(qū)21 是Ρ型摻雜時(shí)，第二類型的電荷載流子是Ρ型載流子(空穴)。導(dǎo)致pn結(jié)J正向偏置的施加 于第一和第二端子31、32之間的電壓造成第二區(qū)21和第三區(qū)12處的電位之間的電壓差。 該電壓差導(dǎo)致電場，該電場繼而導(dǎo)致η型載流子向第二區(qū)21行進(jìn)并且ρ型載流子向第三區(qū) 12行進(jìn)，從而使得電流在第一和第二端子31、32之間流動(dòng)。
[0024] 在η型第一器件區(qū)11中，ρ型電荷載流子(空穴)是少數(shù)電荷載流子。當(dāng)半導(dǎo)體從 正向偏置狀態(tài)切換到反向偏置時(shí)，這些少數(shù)電荷載流子必須在半導(dǎo)體器件能夠阻斷之前從 第一器件區(qū)11移除。由第二器件區(qū)21發(fā)射的ρ型電荷載流子的一部分行進(jìn)到半導(dǎo)體器件 的邊緣區(qū)120中。然而，在邊緣區(qū)中，沒有與第二和第三區(qū)21、12之間的電場類似的電場， 從而在邊緣區(qū)120中，ρ型電荷載流子不會(huì)被迫進(jìn)入第三器件區(qū)12。
[0025] 當(dāng)在內(nèi)區(qū)中包括如圖1中所示的第一和第二器件區(qū)的常規(guī)半導(dǎo)體器件反向偏置 時(shí)，Ρ型電荷載流子必須從邊緣區(qū)移除。然而，Ρ型電荷載流子從邊緣區(qū)的移除可能導(dǎo)致從 半導(dǎo)體器件的邊緣區(qū)到內(nèi)區(qū)的電流，這可能導(dǎo)致常規(guī)半導(dǎo)體器件的破壞。參照?qǐng)D1，第二區(qū) 21連接到第二端子32,其中，在圖1中僅示意性地示出了該電連接。來自邊緣區(qū)的電流導(dǎo) 致流向第二端子32的電流。該電流主要集中在內(nèi)區(qū)110靠近邊緣區(qū)120的那些區(qū)中，并且 可能導(dǎo)致第二區(qū)21與第二端子之間的接觸區(qū)（圖1中未示出）中的熱過載。此外，從邊緣區(qū) 120到內(nèi)區(qū)110的電流可能造成電荷載流子的倍增，并因此導(dǎo)致雪崩擊穿。最后，從邊緣區(qū) 120向內(nèi)區(qū)110 (電荷載流子在那些區(qū)中流動(dòng))的電荷載流子流動(dòng)具有與增加的摻雜濃度相 同的效果，并因此可以導(dǎo)致器件在那些區(qū)中的降低的電壓阻斷。
[0026] 因此，期望總地降低半導(dǎo)體器件的邊緣區(qū)120中的少數(shù)電荷載流子的濃度。圖1 中示出的半導(dǎo)體器件包括具有少數(shù)電荷載流子阱的邊緣結(jié)構(gòu)40,少數(shù)電荷載流子阱收集邊 緣區(qū)120中的少數(shù)電荷載流子并導(dǎo)致少數(shù)電荷載流子與多數(shù)電荷載流子重新組合。由此， 少數(shù)載流子的密度在邊緣結(jié)構(gòu)40附近降低到接近于零，并且在整個(gè)邊緣區(qū)120中降低。多 數(shù)電荷載流子基本上在半導(dǎo)體基體100的垂直方向上從第三區(qū)12向少數(shù)電荷載流子阱流 動(dòng)，在少數(shù)電荷載流子阱中它們與少數(shù)電荷載流子重新組合。因此，去往電荷載流子阱中的 少數(shù)電荷載流子流導(dǎo)致從第三區(qū)到少數(shù)電荷載流子阱的相應(yīng)的多數(shù)電荷載流子流。當(dāng)半導(dǎo) 體器件從第一操作狀態(tài)（當(dāng)pn結(jié)J正向偏置時(shí)）切換到第二操作狀態(tài)（當(dāng)pn結(jié)J反向偏置 時(shí)）時(shí)，極大地降低了少數(shù)電荷電流在半導(dǎo)體器件的橫向方向上的流動(dòng)。
[0027] 參照?qǐng)D1，少數(shù)電荷載流子阱40包括第二摻雜類型的第一阱區(qū)41。例如，第一阱 區(qū)41的摻雜濃度在1E18 cm_3與1E21 cm_3之間。第一阱區(qū)41通過導(dǎo)體42電連接到第一 區(qū)11。在圖1的實(shí)施例中，第一講區(qū)41與第一表面101相鄰，并且導(dǎo)體42布置在第一表 面101上，并且電連接到第一阱區(qū)41和第一器件區(qū)11的與第一表面101鄰接的區(qū)。在圖1 的實(shí)施例中，第一阱區(qū)41位于內(nèi)區(qū)110與導(dǎo)體42接觸第一器件區(qū)11的位置之間。少數(shù)電 荷載流子阱40在半導(dǎo)體基體100的橫向（水平）方向上與內(nèi)區(qū)110間隔開。根據(jù)一個(gè)實(shí)施 例，最外面的第二器件區(qū)21和第一阱區(qū)41之間的距離d在2μπι與幾百μπι之間。例如， 該距離取決于半導(dǎo)體器件的所期望的電壓阻斷能力，并且隨著所期望的電壓阻斷能力增加 而增加。例如，當(dāng)電壓阻斷能力約為20V時(shí)，距離d約為2 μ m，并且當(dāng)電壓阻斷能力為幾百 V時(shí)距離?/可以高達(dá)幾百μπι。"最外面的第二區(qū)21"是距離邊緣區(qū)120最近的第二區(qū)21。
[0028] 根據(jù)另外實(shí)施例（未不出），導(dǎo)體42不位于第一表面101的頂部，而是位于從第一 表面101延伸到半導(dǎo)體基體100中的溝槽中。
[0029] 參照?qǐng)D2，其示出了僅邊緣區(qū)120的垂直橫截面視圖，少數(shù)電荷載流子阱40可以附 加地包括第二摻雜類型的并且比第一阱區(qū)41更低摻雜的第二阱區(qū)44。第二阱區(qū)44與第一 阱區(qū)41鄰接，并且與第一阱區(qū)41相比，可以從第一表面101向半導(dǎo)體基體100中延伸得更 深。導(dǎo)體42可以接觸第一和第二阱區(qū)41、44二者。此外，少數(shù)電荷載流子阱40可以包括 與第一區(qū)11鄰接并且比第一區(qū)11更高摻雜的第一摻雜類型的接觸區(qū)43。接觸區(qū)43電連 接到導(dǎo)體42。接觸區(qū)43可以與第一阱區(qū)41 (如圖所示）或第二阱區(qū)44鄰接，或者可以與 阱區(qū)41、44間隔開。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二阱區(qū)的摻雜濃度基本與第三區(qū)12的摻雜濃度相 對(duì)應(yīng)。
[0030] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，未由導(dǎo)體42覆蓋的邊緣區(qū)120中的第一表面101的那些區(qū)域由 鈍化層49覆蓋。鈍化層49可以包括諸如氧化物、氮化物、和酰亞胺、或DLC (類金剛石碳） 的常規(guī)鈍化材料。
[0031] 參照?qǐng)D2,邊緣區(qū)120中的可選補(bǔ)償區(qū)22和第二阱區(qū)44在半導(dǎo)體基體100的橫向 方向上分別具有寬度wl和《2。半導(dǎo)體基體100的"第一橫向方向"是從內(nèi)區(qū)110朝具有少 數(shù)電荷載流子阱的邊緣結(jié)構(gòu)的方向。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，補(bǔ)償區(qū)22的第一寬度wl小于第二 阱區(qū)44的第二寬度《2。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二寬度《2在第一寬度W的1. 5倍與3倍之 間，也就是說：1.5·Μ/Ιι：ν?(?3'Ι<ν?。
[0032] 在邊緣區(qū)120中存在至少兩個(gè)補(bǔ)償區(qū)22的一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)相鄰的補(bǔ)償區(qū)22 具有相互的第一距離dl。此外，在最外面的補(bǔ)償區(qū)22和第二阱區(qū)44之間存在第二距離 d2。"最外面的補(bǔ)償區(qū)22"是距離第二阱區(qū)44最近的補(bǔ)償區(qū)22。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一距 離dl小于第二距離d2。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二距離d2大于第一距離?/7的1. 5倍，也就是 說：of2 之 1.5-ciEcf2。
[0033] 在圖2中示出的實(shí)施例中，補(bǔ)償區(qū)22和第二阱區(qū)44的低端基本上在半導(dǎo)體基體 100的同一垂直位置處。補(bǔ)償區(qū)22和第二阱區(qū)44的"低端"是那些面向第三器件區(qū)12的 端。然而，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件從而使得補(bǔ)償區(qū)22和第二阱區(qū)44的低端基本上結(jié)束于同一垂 直水平僅是示例。根據(jù)另外實(shí)施例(未示出），第二阱區(qū)44的低端比補(bǔ)償區(qū)22的低端更靠 近第一表面101。
[0034] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，第二阱區(qū)44的低端比補(bǔ)償區(qū)22的低端更靠近12。也就是說， 第二阱區(qū)44比補(bǔ)償區(qū)22向第三區(qū)12延伸得更遠(yuǎn)。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，第二阱區(qū)44的寬 度w2朝向第三區(qū)12增加，從而與在靠近第三區(qū)12的區(qū)中相比，第二阱區(qū)44在靠近第一表 面101的區(qū)中具有更小的寬度w2。
[0035] 在圖2的半導(dǎo)體器件中，第一和第二阱區(qū)41、44位于內(nèi)區(qū)110(圖2中未示出)和接 觸區(qū)43之間。根據(jù)圖3中示出的另外實(shí)施例，接觸區(qū)43位于內(nèi)區(qū)110(圖3中未示出)與第 一和第二阱區(qū)41、44之間。在該實(shí)施例中，第二阱區(qū)44可以延伸到半導(dǎo)體基體100的邊緣 表面102。在該實(shí)施例中，接觸區(qū)43和接觸區(qū)43下面的區(qū)用作橫向場停止（field-stop)。
[0036] 圖4示意性地示出半導(dǎo)體基體100的第一表面101的頂視圖。圖4示意性地示出 半導(dǎo)體器件的內(nèi)區(qū)110中的若干補(bǔ)償區(qū)21的位置。在本實(shí)施例中，這些補(bǔ)償區(qū)21是細(xì)長 的半導(dǎo)體區(qū)。邊緣區(qū)120中的可選補(bǔ)償區(qū)22是環(huán)形的并且包圍內(nèi)區(qū)110。等同地，在圖4 的實(shí)施例中，第一阱區(qū)41和接觸區(qū)43是環(huán)形的，并且包圍內(nèi)區(qū)110 (和可選的補(bǔ)償區(qū)22)。 圖4中沒有示出半導(dǎo)體基體100的第一表面101頂部上的導(dǎo)體（圖1-3中的42)。
[0037] 參照?qǐng)D5中示出的另外實(shí)施例，第一阱區(qū)41包圍內(nèi)區(qū)110 (其中，在圖5中，僅示 出了內(nèi)區(qū)110和邊緣區(qū)120的一段)，而有若干相互隔開的接觸區(qū)43。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第 一阱區(qū)41形成基本矩形的環(huán)(具有圓角），其中，接觸區(qū)43位于該矩形環(huán)的每一個(gè)角中。根 據(jù)另外實(shí)施例（圖5中的虛線示出的)，接觸區(qū)43也沿第一阱區(qū)41位于第一阱區(qū)41的角之 間。
[0038] 根據(jù)圖6中示出的另一個(gè)實(shí)施例，在內(nèi)區(qū)110 (其中，在圖6中，僅示出了內(nèi)區(qū)110 和邊緣區(qū)120的一段)周圍有多個(gè)相互隔開的第一阱區(qū)41和接觸區(qū)43。在圖5和6中，沒 有示出電連接第一阱區(qū)41和接觸區(qū)43的導(dǎo)體。
[0039] 根據(jù)圖7中示出的另外實(shí)施例，第一阱區(qū)41和接觸區(qū)43交替布置在內(nèi)區(qū)110周 圍，并且形成包圍內(nèi)區(qū)110 (其中，在圖7中，僅示出了內(nèi)區(qū)110和邊緣區(qū)120的一段)的環(huán)。 在該實(shí)施例中，每一個(gè)第一阱區(qū)41與兩個(gè)接觸區(qū)43鄰接。然而，這僅是示例。根據(jù)另外實(shí) 施例(未示出），每一個(gè)第一阱區(qū)41僅與一個(gè)接觸區(qū)43鄰接。
[0040] 圖8示出了實(shí)現(xiàn)為M0S晶體管的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。該半導(dǎo)體器件的 基本拓?fù)渑c參考圖1解釋的基本拓?fù)湎鄬?duì)應(yīng)。也就是說，半導(dǎo)體器件包括：具有內(nèi)區(qū)110和 邊緣區(qū)120的半導(dǎo)體基體100、在內(nèi)區(qū)110和邊緣區(qū)120中的漂移區(qū)11、在內(nèi)區(qū)110中的多 個(gè)補(bǔ)償區(qū)21，以及在邊緣區(qū)120中的少數(shù)電荷載流子阱40。在圖8中僅示意性地示出了少 數(shù)電荷載流子阱40。可以根據(jù)前文中參考圖1至7解釋的實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)少 數(shù)電荷載流子阱40。
[0041] 在圖8的半導(dǎo)體器件中，第三半導(dǎo)體區(qū)12形成M0S晶體管的漏極區(qū)。此外，半導(dǎo) 體器件包括多個(gè)晶體管單元50,其中，每一個(gè)晶體管單元50包括：第一摻雜類型的源極區(qū) 51 ;第二摻雜類型的基體區(qū)52 ;與基體區(qū)52相鄰并且通過柵極電介質(zhì)54與基體區(qū)52介電 絕緣的柵極電極53?；w區(qū)52將源極區(qū)51與漂移區(qū)11分離。常規(guī)方式的柵極電極53 用來控制源極區(qū)51和漂移區(qū)11之間的基體區(qū)52中的導(dǎo)電溝道。晶體管單元50中的每一 個(gè)晶體管單元還包括一個(gè)補(bǔ)償區(qū)21或一個(gè)補(bǔ)償區(qū)21的一部分，其中，補(bǔ)償區(qū)耦合到基體區(qū) 52。單獨(dú)晶體管單元50的源極區(qū)和基體區(qū)通過源極電極34電連接到第二端子32。單獨(dú)補(bǔ) 償區(qū)21經(jīng)由基體區(qū)52和源極電極34連接到第二端子32。在圖8中沒有示出可以覆蓋邊 緣區(qū)中的第一表面101的鈍化層。該鈍化層可以包括絕緣層。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，柵極電介 質(zhì)54和柵極電極53不僅在單獨(dú)晶體管單元的溝槽中形成，也在它們形成鈍化層的邊緣區(qū) 中的第一表面101上形成。
[0042] 單獨(dú)晶體管單元50通過使它們的源極區(qū)和基體區(qū)51、52連接到第二端子32并且 通過使它們的柵極電極53連接到共柵端子55而并聯(lián)連接。單獨(dú)晶體管單元50共享漂移 區(qū)11和漏極區(qū)12,其中，在本實(shí)施例中，漏極區(qū)12經(jīng)由漏極電極(未示出)連接到第一端子 31 (漏極端子)。
[0043] M0SFET可以實(shí)現(xiàn)為η型或p型M0SFET。在η型M0SFET中，源極區(qū)51、漂移區(qū)11 和漏極區(qū)12是η型摻雜的，而基體區(qū)52和補(bǔ)償區(qū)21是ρ型摻雜的。在ρ型M0SFET中，單 獨(dú)器件區(qū)的摻雜類型與η型M0SFET中相應(yīng)器件區(qū)的摻雜類型是互補(bǔ)的。
[0044] 圖8的M0SFET可以像常規(guī)M0SFET那樣操作。也就是說，M0SFET可以操作在正向 偏置狀態(tài)或反向偏置狀態(tài)中。在正向偏置狀態(tài)中，可以通過適當(dāng)?shù)乜刂茊为?dú)晶體管單元50 的柵極電極53處的電位(驅(qū)動(dòng)電勢(shì))來打開和關(guān)閉M0SFET。在M0SFET的正向偏置狀態(tài)中， 補(bǔ)償區(qū)21和漂移區(qū)11之間的ρη結(jié)是反向偏置的，從而使得當(dāng)柵極電極53在源極區(qū)51和 漂移區(qū)11之間的基體區(qū)52中生成導(dǎo)電溝道時(shí)，M0SFET處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且當(dāng)源極區(qū)51和 漂移區(qū)11之間的導(dǎo)電溝道中斷時(shí)，M0SFET處于關(guān)斷狀態(tài)。在關(guān)斷狀態(tài)中，空間電荷區(qū)在漂 移區(qū)11中擴(kuò)展，分別開始于基體區(qū)52和漂移區(qū)11之間以及基體區(qū)52和補(bǔ)償區(qū)21之間的 ρη結(jié)。當(dāng)漏極端子31和源極端子32之間存在正電壓時(shí)，η型M0SFET處于正向偏置狀態(tài)。 在ρ型M0SFET中，漏極端子和源極端子32之間的負(fù)電壓對(duì)M0SFET進(jìn)行反向偏置。
[0045] 當(dāng)基體區(qū)52和漂移區(qū)11之間以及補(bǔ)償區(qū)21和漂移區(qū)11之間的ρη結(jié)分別正向 偏置時(shí)，M0SFET處于反向偏置狀態(tài)。在該操作狀態(tài)中，M0SFET像二極管那樣進(jìn)行動(dòng)作，其 中，在η型M0SFET中，基體區(qū)52和補(bǔ)償區(qū)21形成陽極，并且漂移區(qū)和漏極區(qū)11、12形成該 二極管的基極和陰極。該二極管也被稱為M0SFET的體二極管。
[0046] 圖9示出了根據(jù)包括參考圖1解釋的基本器件拓?fù)涞牧硗鈱?shí)施例的半導(dǎo)體器件的 垂直橫截面視圖。圖9的半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)為二極管，其中，第一器件區(qū)11形成基極區(qū)，第三 器件區(qū)12形成第一發(fā)射極區(qū)，并且二極管附加地包括連接到第二端子32的第二發(fā)射極區(qū) 61。補(bǔ)償區(qū)21耦合到第二發(fā)射極區(qū)61，并且經(jīng)由第二發(fā)射極區(qū)61耦合到第二端子32。第 一發(fā)射極區(qū)12連接到第一端子31。
[0047] 在圖9中僅示意性地示出了少數(shù)電荷載流子阱40?？梢愿鶕?jù)前文中參考圖1至7 解釋的實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)該少數(shù)電荷載流子阱。
[0048] 二極管可以操作在正向偏置狀態(tài)和反向偏置狀態(tài)中。在正向偏置狀態(tài)中，第二發(fā) 射極區(qū)61和漂移區(qū)11之間以及補(bǔ)償區(qū)21和基極區(qū)11之間的ρη結(jié)分別是正向偏置的。 在反向偏置狀態(tài)中，ρη結(jié)是反向偏置的。在基極區(qū)11和第一發(fā)射極區(qū)12是η型摻雜并且 第二發(fā)射極區(qū)61和補(bǔ)償區(qū)21是ρ型摻雜的情況下，當(dāng)在第二端子32和第一端子31之間 施加正電壓時(shí)，二極管是正向偏置的，并且當(dāng)在第一端子31和第二端子32之間施加正電壓 時(shí)，二極管是反向偏置的。
[0049] 在前文的描述中，方向術(shù)語，例如"頂部"、"底部"、"前"、"后"、"引導(dǎo)"、"尾隨"等， 參考正被描述的圖的定向來使用。因?yàn)閷?shí)施例的組件可以被置于多個(gè)不同的定向上，所以 是出于說明的目的而絕非限制性的目的來使用方向術(shù)語。應(yīng)當(dāng)理解的是：可以在不脫離本 發(fā)明的范圍的情況下使用其它實(shí)施例并進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯上的變化。因此，下面的詳細(xì)描述 不應(yīng)被視為具有限制意義，并且本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求限定。
[0050] 雖然公開了本發(fā)明的各個(gè)示例性實(shí)施例，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將清楚的 是：可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行將實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的某些優(yōu)點(diǎn)的各種變化 和修改。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將合理地清楚的是：可以適當(dāng)?shù)靥鎿Q執(zhí)行相同功能的其 它組件。應(yīng)該提及的是：即使在對(duì)此沒有明確提及的那些情況下，參照具體的圖解釋的特征 可以與其它圖中的特征相組合。對(duì)本發(fā)明構(gòu)思的這種修改意圖被所附權(quán)利要求覆蓋。
[0051] 為了描述方便，使用諸如"下面"，"以下"，"下部"，"以上"，"上部"等的空間相關(guān)的 術(shù)語來解釋一個(gè)要素相對(duì)于第二要素的定位。除了與在圖中描繪的那些不同的定向之外， 這些術(shù)語旨在涵蓋器件的不同定向。此外，例如"第一"、"第二"等的術(shù)語也用來描述各種要 素、區(qū)、段等，并且也并非意圖是限制性的。在整個(gè)說明書中，相同的術(shù)語指代相同的要素。
[0052] 如本文中所使用的，術(shù)語"具有"、"含有"、"包括"、"包含"等是開放式術(shù)語，其指示 所陳述的要素或特征的存在，但并不排除附加要素或特征。冠詞"一"（"a"、"an"）和"該" 旨在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另有清楚指示。
[0053] 考慮到上述范圍的變型和應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不受限于上述描述，也不 受限于附圖。而是，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求及其法律等同物限定。
[0054] 應(yīng)當(dāng)理解的是：除非特別另外指出，否則本文中描述的各個(gè)實(shí)施例的特征可以互 相組合。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體器件，包括： 半導(dǎo)體基體，其包括內(nèi)區(qū)和邊緣區(qū)； 第一摻雜類型的第一摻雜器件區(qū)，其在所述內(nèi)區(qū)和所述邊緣區(qū)中并且耦合到第一端 子； 與所述第一摻雜類型互補(bǔ)的第二摻雜類型的至少一個(gè)第二摻雜器件區(qū)，其在所述內(nèi)區(qū) 中并耦合到第二端子； 所述邊緣區(qū)中的少數(shù)載流子轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，所述少數(shù)載流子轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)包括與所述第一 摻雜器件區(qū)鄰接的所述第二摻雜類型的第一阱區(qū)，以及將所述第一阱區(qū)電耦合到所述第一 摻雜器件區(qū)的導(dǎo)體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述少數(shù)載流子轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)還包括所述 第一摻雜類型的并且比所述第一摻雜器件區(qū)更高摻雜的接觸區(qū)，其中所述接觸區(qū)連接到所 述導(dǎo)體并且與所述第一摻雜器件區(qū)鄰接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述少數(shù)載流子轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)還包括所述 第二摻雜類型的并且比所述第一阱區(qū)更低摻雜的第二阱區(qū)，其中所述第二阱區(qū)與所述第一 摻雜器件區(qū)和所述第一阱區(qū)鄰接，并且與所述第一阱區(qū)相比，所述第二阱區(qū)從第一表面更 深地延伸到所述半導(dǎo)體基體中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第二阱區(qū)和所述第二摻雜器件區(qū)具 有基本相同的摻雜濃度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)體連接到所述第二阱區(qū)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括所述邊緣區(qū)中的第二摻雜的至少一個(gè)另 外器件區(qū)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述至少一個(gè)另外器件區(qū)是浮置的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一阱區(qū)在所述半導(dǎo)體基體的水平 面中包圍所述內(nèi)區(qū)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，還包括所述第一摻雜類型的接觸區(qū)，其中，所述 接觸區(qū)比所述第一摻雜器件區(qū)更高摻雜，在所述半導(dǎo)體基體的水平面中包圍所述內(nèi)區(qū)，連 接到所述導(dǎo)體，并且與所述第一摻雜器件區(qū)鄰接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，還包括所述第一摻雜類型的并且比所述第一 摻雜器件區(qū)更高摻雜的多個(gè)接觸區(qū)，其中，所述多個(gè)接觸區(qū)在所述半導(dǎo)體基體的水平面中 相互隔開，連接到所述導(dǎo)體并且與所述第一摻雜器件區(qū)鄰接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，包括在所述半導(dǎo)體基體的水平面中相互隔開 的多個(gè)第一講區(qū)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述多個(gè)第一阱區(qū)限定了圍繞所述內(nèi) 區(qū)的環(huán)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，還包括所述第一摻雜類型的并且比第一摻雜 器件區(qū)更高摻雜的多個(gè)接觸區(qū)，其中所述多個(gè)接觸區(qū)中的每一個(gè)接觸區(qū)連接到所述導(dǎo)體并 且與所述第一摻雜器件區(qū)鄰接。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述多個(gè)第一阱區(qū)和所述多個(gè)接觸區(qū) 交替布置，并且限定了圍繞所述內(nèi)區(qū)的環(huán)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中，所述第一器件區(qū)是漂移區(qū)，所述第二器件區(qū)是補(bǔ)償區(qū)，所述第一端子是漏極端 子，并且所述第二端子是源極端子，并且 其中，所述半導(dǎo)體器件還包括： 所述第一摻雜類型的源極區(qū)以及所述第二摻雜類型的基體區(qū)，分別連接到所述源極端 子，其中所述基體區(qū)布置在所述源極區(qū)和所述漂移區(qū)之間； 與所述基體區(qū)相鄰并且通過柵極電介質(zhì)與所述基體區(qū)介電絕緣的柵極電極。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，還包括所述第一摻雜類型的漏極區(qū)，其與所 述漂移區(qū)鄰接，并且比所述漂移區(qū)更高摻雜。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中，所述第一器件區(qū)是基極區(qū)，所述第二器件區(qū)是補(bǔ)償區(qū)，所述第一端子是陽極和陰 極端子中的一個(gè)，并且所述第二端子是陽極和陰極端子中的另一個(gè)， 其中，所述半導(dǎo)體器件還包括： 所述第二摻雜類型的并且連接到所述第一端子的第一發(fā)射極區(qū)；以及 與所述基極區(qū)鄰接并且比所述基極區(qū)更高摻雜的所述第一摻雜類型的第二發(fā)射極區(qū)。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK104103691SQ201410149318
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月15日
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