橫向功率半導(dǎo)體器件和用于制造橫向功率半導(dǎo)體器件的方法
【專利摘要】橫向功率半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體主體、第一主電極、第二主電極、多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元和至少一個(gè)彎曲半導(dǎo)體部分，該半導(dǎo)體主體具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面。第一主電極包括至少兩個(gè)分區(qū)并且布置在所述第一表面上。第二主電極布置在所述第一表面上并且在所述第一主電極的兩個(gè)分區(qū)之間。多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元布置在所述第一主電極和所述第二主電極的兩個(gè)分區(qū)的相應(yīng)分區(qū)之間，并且配置成在所述第一主電極和所述第二主電極之間提供可控導(dǎo)電路徑。彎曲半導(dǎo)體部分在所述第一主電極和所述第二主電極之間，并且從所述第一主電極到所述第二主電極具有增加的摻雜濃度。
【專利說明】橫向功率半導(dǎo)體器件和用于制造橫向功率半導(dǎo)體器件的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文描述的實(shí)施例涉及具有改善的雪崩和換向(commutat1n)特性的橫向功率半導(dǎo)體器件，并且涉及用于制造橫向功率半導(dǎo)體器件的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]與垂直器件相比，橫向功率半導(dǎo)體器件適合于小電流和中等電流，因?yàn)樗鼈儾恍枰母郊有酒娣e的邊緣端接區(qū)域。目前，橫向功率半導(dǎo)體器件被設(shè)計(jì)成使得給定芯片面積的額定總電流最大化。這可能引起其中由于電場(chǎng)線的彎曲導(dǎo)致電場(chǎng)局部增加的區(qū)域中的問題。
[0003]鑒于以上內(nèi)容，需要進(jìn)行改善。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，橫向功率半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體主體，該半導(dǎo)體主體具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面。具有至少兩個(gè)分區(qū)的第一主電極布置在第一表面上，并且第二主電極布置在第一主電極的兩個(gè)分區(qū)之間的第一表面上。多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元布置在第一主電極的兩個(gè)分區(qū)的相應(yīng)一個(gè)和第二主電極之間，并且配置成在第一主電極和第二主電極之間提供可控導(dǎo)電路徑。至少一個(gè)曲線化的半導(dǎo)體部分布置在第一主電極和第二主電極之間，其中從第一主電極向第二主電極具有增加的摻雜濃度。
[0005]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種橫向功率半導(dǎo)體器件，包括:半導(dǎo)體主體，具有第一表面、半導(dǎo)體襯底和在所述半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體層；以及環(huán)形結(jié)構(gòu)，根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，具有包括多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元的至少一個(gè)直的半導(dǎo)體部分和至少一個(gè)彎曲半導(dǎo)體部分。每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元包括形成在所述半導(dǎo)體層中的漂移區(qū)域、形成在所述半導(dǎo)體層中的與所述漂移區(qū)域相鄰的漂移控制區(qū)域以及將所述漂移區(qū)域與所述漂移控制區(qū)域電絕緣的積累電介質(zhì)。絕緣層將每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元的所述漂移控制區(qū)域與所述半導(dǎo)體襯底電絕緣。所述彎曲半導(dǎo)體部分形成在所述半導(dǎo)體層中，并且根據(jù)所述第一表面上的頂視圖包括部分地圍繞內(nèi)邊界的外彎曲邊界，其中所述彎曲半導(dǎo)體部分的摻雜濃度從所述外彎曲邊界到所述內(nèi)邊界增加。
[0006]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種橫向功率半導(dǎo)體器件，包括:半導(dǎo)體主體，具有第一表面；第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)域、與所述第一摻雜區(qū)域形成pn結(jié)的第二導(dǎo)電類型的第二摻雜區(qū)域、與所述第二摻雜區(qū)域形成主pn結(jié)的第一導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)域以及與所述第三摻雜區(qū)域相接觸的第四摻雜區(qū)域，其中根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，所述主pn結(jié)圍繞所述第三摻雜區(qū)域。根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，所述第三摻雜區(qū)域圍繞所述第四摻雜區(qū)域。根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，所述第三摻雜區(qū)域包括直的半導(dǎo)體部分和彎曲半導(dǎo)體部分。所述彎曲半導(dǎo)體部分的摻雜濃度從所述主Pn結(jié)到所述第四摻雜區(qū)域增加。
[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種用于制造橫向功率半導(dǎo)體器件的方法，包括:提供半導(dǎo)體主體，所述半導(dǎo)體主體具有半導(dǎo)體襯底和在所述半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層形成所述半導(dǎo)體主體的第一表面；在所述第一表面中形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)彎曲半導(dǎo)體部分和具有多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元的至少一個(gè)直的半導(dǎo)體部分，每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元具有形成在所述半導(dǎo)體層中的漂移區(qū)域、形成在半導(dǎo)體層中的與所述漂移區(qū)域相鄰的漂移控制區(qū)域以及將所述漂移區(qū)域與所述漂移控制區(qū)域電絕緣的積累電介質(zhì)；以及在所述漂移控制區(qū)域與所述半導(dǎo)體襯底之間形成絕緣層，以將每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元的所述漂移控制區(qū)域與所述半導(dǎo)體襯底電絕緣；其中所述彎曲半導(dǎo)體部分形成在所述半導(dǎo)體層中，并且根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，包括外彎曲邊界和內(nèi)邊界，其中所述彎曲半導(dǎo)體部分的摻雜濃度從所述外彎曲邊界到所述內(nèi)邊界增加。
[0008]本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀下面的詳細(xì)描述以及通過查看附圖，將意識(shí)到附加特征和優(yōu)勢(shì)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖中的組件不一定按比例繪制，但強(qiáng)調(diào)的是圖示本發(fā)明的原理。而且，在附圖中，類似的參考標(biāo)號(hào)指示對(duì)應(yīng)的部分。在附圖中:
[0010]圖1圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的橫向功率半導(dǎo)體器件上的頂視圖；
[0011]圖2圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的橫向功率半導(dǎo)體器件的一部分的放大視圖；
[0012]圖3圖示了通過根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的橫向功率半導(dǎo)體器件的彎曲半導(dǎo)體部分的垂直截面；
[0013]圖4A和圖4B圖示了跨橫向功率半導(dǎo)體器件的區(qū)域的電場(chǎng)分布；
[0014]圖5A至圖圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的橫向功率半導(dǎo)體器件的可切換半導(dǎo)體單元;
[0015]圖6A至圖6D圖示了用于制造根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的橫向功率半導(dǎo)體器件的工藝；
[0016]圖7圖示了用于制造根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的橫向功率半導(dǎo)體器件的工藝；
[0017]圖8圖示了用于制造根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的橫向功率半導(dǎo)體器件的工藝；以及
[0018]圖9A和圖9B圖示了用于制造根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的橫向功率半導(dǎo)體器件的工藝。

【具體實(shí)施方式】
[0019]在下面的詳細(xì)描述中，參照附圖，附圖形成詳細(xì)描述的一部分并且詳細(xì)描述通過圖示的方式示出其中可以實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施例。在這點(diǎn)上，參照所述附圖的方向使用方向術(shù)語，諸如“頂部”、“底部”、“前面”、“背面”、“頭部”、“尾部”等。由于可以在多個(gè)不同方向上定位實(shí)施例的組件，所以為圖示的目的使用方向術(shù)語，而絕非進(jìn)行限制。將理解到的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以利用其它實(shí)施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯上的改變。因此，下面的詳細(xì)描述并不是出于限制意義給出，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。所述實(shí)施例使用特定語言，該特定語言不應(yīng)視為限制所附權(quán)利要求的范圍。
[0020]本說明書中使用的術(shù)語“橫向”旨在于描述與半導(dǎo)體襯底的主表面平行的方向。
[0021]本說明書中使用的術(shù)語“垂直”旨在于描述方向，該方向垂直于半導(dǎo)體襯底的主表面而布置。
[0022]在本說明書中，半導(dǎo)體襯底的第二表面認(rèn)為是由半導(dǎo)體襯底的下表面或背側(cè)表面形成，而第一表面認(rèn)為是由半導(dǎo)體襯底的上表面、前表面或主表面形成。因此本說明書中使用的術(shù)語“之上”和“之下”描述考慮該方向的情況下一個(gè)結(jié)構(gòu)特征相對(duì)于另一個(gè)結(jié)構(gòu)特征的相對(duì)位置。
[0023]術(shù)語“電連接”和“電的連接”描述兩個(gè)元件之間的歐姆連接。
[0024]圖1至圖3描繪了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的橫向功率半導(dǎo)體器件。圖1圖示了橫向功率半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體主體110的第一表面111 (參見圖3)上的頂視圖。第一主電極131和第二主電極132布置在第一表面111上。距離第二主電極132部署第一主電極131，并且第一主電極131圍繞第二主電極132。
[0025]第一電極131包括布置在第一表面111上的至少兩個(gè)直的分區(qū)131a和131b。第二主電極132布置在兩個(gè)直的分區(qū)131a和131b之間。
[0026]第一主電極131和第二主電極132與圖1中未示出的相應(yīng)摻雜區(qū)域電接觸，這些摻雜區(qū)域布置在第一主電極131和第二主電極132之下。圖2圖不了沒有第一主電極131和第二主電極132的圖1的放大分區(qū)，其示出了例如可以為源極區(qū)域的第一半導(dǎo)體區(qū)域141。第一半導(dǎo)體區(qū)域141是第一導(dǎo)電類型的，例如可以是η型。
[0027]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在外彎曲邊界處可以至少部分地省略第一半導(dǎo)體區(qū)域141。圖2示出了第一半導(dǎo)體區(qū)域141，其包括形成直的區(qū)域的第一分區(qū)141a和在這種情況下形成彎曲區(qū)域的第二分區(qū)141b，它們均連接第一分區(qū)141a中的相應(yīng)兩個(gè)分區(qū)。第一分區(qū)141a可以形成橫向功率半導(dǎo)體器件的單元的源極區(qū)域。第二分區(qū)141b是可選的，并且不需要形成?？蛇x的第二分區(qū)141b由虛線標(biāo)記。根據(jù)例如圖5A中所示的實(shí)施例，在直的區(qū)域的一部分中，例如在圖2所示摻雜區(qū)域126中或在漂移控制區(qū)域的端部處，可以備選地和/或附加地至少部分地省略第一半導(dǎo)體區(qū)域141。其中在直的區(qū)域中(例如在圖5A的相鄰區(qū)域241之間)省略半導(dǎo)體區(qū)域141的摻雜的這些區(qū)域可以理解為屬于第二分區(qū)141b。
[0028]當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體區(qū)域141包括第一分區(qū)141a和第二分區(qū)141b時(shí)，其完全圍繞第四半導(dǎo)體區(qū)域144，第四半導(dǎo)體區(qū)域144可以是第一導(dǎo)電類型以形成例如漏極區(qū)域。當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體區(qū)域141僅包括第一分區(qū)141a時(shí)，第四半導(dǎo)體區(qū)域144部署在第一半導(dǎo)體區(qū)域141的第一分區(qū)141a之間，如當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體區(qū)域141完全圍繞第四半導(dǎo)體區(qū)域144時(shí)的情況那樣?？梢孕纬陕O區(qū)域的第四半導(dǎo)體區(qū)域144與第二主電極132電接觸，主電極132在本實(shí)施例中是漏極金屬化。第一半導(dǎo)體區(qū)域141與第一主電極131電接觸，在本實(shí)施例中是源極金屬化。
[0029]在第一主電極131和第二主電極132之間，存在第一表面111上的閉環(huán)結(jié)構(gòu)120，閉環(huán)結(jié)構(gòu)120包括如圖1最佳示出的直的半導(dǎo)體部分121和彎曲半導(dǎo)體部分122。閉環(huán)結(jié)構(gòu)120典型地完全圍繞第四摻雜區(qū)域144。
[0030]閉環(huán)結(jié)構(gòu)120主要由第三摻雜區(qū)域143形成，該第三摻雜區(qū)域143可以是第一導(dǎo)電類型。在本實(shí)施例中，第三摻雜區(qū)域143為弱η摻雜，具有低于第四摻雜區(qū)域144的摻雜濃度的摻雜濃度。第三摻雜區(qū)域143典型地形成橫向功率器件的漂移區(qū)域。與第三摻雜區(qū)域143相鄰的是形成體區(qū)域的第二導(dǎo)電類型(即P型)的第二摻雜區(qū)域142。主pn結(jié)145形成在第二摻雜區(qū)域142和第三摻雜區(qū)域143之間。第二摻雜區(qū)域142布置在第一摻雜區(qū)域141和第三摻雜區(qū)域143之間。第一摻雜區(qū)域141與第二摻雜區(qū)域142相鄰地布置。
[0031]主pn結(jié)145可以視為形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)120 (即第三摻雜區(qū)域143)的外邊界或外彎曲邊界。第二摻雜區(qū)域142和第一摻雜區(qū)域141盡管在圖2中示出為形成遵循主pn結(jié)145輪廓的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但可以具有與主pn結(jié)145的軌跡偏離的形狀，例如彎曲半導(dǎo)體部分122的形狀。
[0032]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一摻雜區(qū)域141和/或第二摻雜區(qū)域142可以如圖2所示由基本沿著主pn結(jié)145的線布置的各個(gè)摻雜島狀物形成。在這種情況下，主pn結(jié)145的軌跡可以表明與圖2相比的一些偏離，例如可以包括一些波狀線。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一摻雜區(qū)域141和/或第二摻雜區(qū)域142中的一個(gè)或多個(gè)可以連接到第一主電極131。
[0033]例如，第三摻雜區(qū)域143可以形成為具有兩個(gè)主直分區(qū)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)主直分區(qū)對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體部分121，兩個(gè)直的半導(dǎo)體部分121彼此并行延伸并且在它們之間部署有第四摻雜區(qū)域144。此外，第三摻雜區(qū)域143可以包括兩個(gè)半環(huán)分區(qū)，這兩個(gè)半環(huán)分區(qū)對(duì)應(yīng)于彎曲半導(dǎo)體部分122并且連接直的分區(qū)，使得第四摻雜區(qū)域144由第三摻雜區(qū)域143完全圍繞。第二摻雜區(qū)域142可以包括兩個(gè)直的分區(qū)121，這兩個(gè)直的分區(qū)之間布置第三摻雜區(qū)域143的直的分區(qū)。沿著第三摻雜區(qū)域143的半環(huán)分區(qū)122的外邊界，可以布置第二摻雜區(qū)域142的島狀物。根據(jù)本實(shí)施例，在第二摻雜區(qū)域142和第三摻雜區(qū)域143的直的分區(qū)121之間形成連續(xù)的pn結(jié)145。沿著第三摻雜區(qū)域143的半環(huán)分區(qū)的外邊界的pn結(jié)145包括由第二摻雜區(qū)域142的相應(yīng)島狀物形成的相應(yīng)分區(qū)以及第三摻雜區(qū)域143的半環(huán)分區(qū)122。第二摻雜區(qū)域142的相鄰島狀物之間的間隔使得該間隔在功率器件的反向模式中完全耗盡。
[0034]當(dāng)?shù)谝粨诫s區(qū)域141的第二分區(qū)141b存在時(shí)，這些分區(qū)141b在功率器件的換向期間會(huì)引起鎖存。為了避免鎖存，可以省略第二分區(qū)141b。此外，當(dāng)?shù)谝粨诫s區(qū)域141的第二分區(qū)141b存在時(shí)，源自形成漏極區(qū)域的第四摻雜區(qū)域144的電荷的一部分通過第二分區(qū)141b引出，因?yàn)榈诙謪^(qū)141b與第二摻雜區(qū)域142和第三摻雜區(qū)域一起形成npn晶體管。在這種情況下，第三摻雜區(qū)域143的半環(huán)分區(qū)122中的電荷余量有利地降低。在上述兩個(gè)過程中，占主導(dǎo)地位的過程依賴于實(shí)際的摻雜和/或幾何關(guān)系。因而，通過適當(dāng)?shù)剡x擇摻雜關(guān)系和/或結(jié)構(gòu)的幾何形狀，即使當(dāng)?shù)诙謪^(qū)141b形成為減少電荷余量時(shí)也可以避免鎖存。
[0035]在第三摻雜區(qū)域143和第四摻雜區(qū)域144之間的結(jié)(例如nn+結(jié))可以被認(rèn)為是形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)120的內(nèi)邊界147。
[0036]第一摻雜區(qū)域141和第四摻雜區(qū)域144的幾何布置不限于這里所示出的實(shí)施例。例如，當(dāng)在第一表面111上查看時(shí)，第一摻雜區(qū)域141和第四摻雜區(qū)域144中的每一個(gè)都可以具有鰭狀形狀，其中每個(gè)摻雜區(qū)域的鰭與另一摻雜區(qū)域的鰭互相交叉。與第一摻雜區(qū)域141和第四摻雜區(qū)域144的實(shí)際幾何形狀無關(guān)，這兩個(gè)區(qū)域保持與布置在第一摻雜區(qū)域141和第四摻雜區(qū)域144之間的閉環(huán)結(jié)構(gòu)120彼此隔開。
[0037]閉環(huán)結(jié)構(gòu)120包括多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元140，如圖2中最佳示出的那樣，該多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元140布置在第一半導(dǎo)體區(qū)域141與第四半導(dǎo)體區(qū)域144之間的直的半導(dǎo)體部分121中。因此，可切換半導(dǎo)體單元140也布置在第一主電極131和第二主電極132之間?？汕袚Q半導(dǎo)體單元140在第一主電極131和第二主電極132之間提供可控導(dǎo)電路徑，如下面將進(jìn)一步描述的那樣。
[0038]如圖2所示，不包括可切換半導(dǎo)體單元的摻雜區(qū)域126布置在半導(dǎo)體單元140與彎曲半導(dǎo)體部分122之間，使得彎曲半導(dǎo)體部分122與半導(dǎo)體單元140隔開。摻雜區(qū)域126在本實(shí)施例中是直的部分121的一部分。
[0039]彎曲半導(dǎo)體部分122具有從第一主電極131到第二主電極132增加的摻雜濃度。這在圖2中由虛半圓圖示，其中朝著第四摻雜區(qū)域144具有增加的密度。彎曲半導(dǎo)體部分122的摻雜濃度可以增加約1/R倍，其中R是離布置在第四摻雜區(qū)域144中的假想幾何中心的距離。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，彎曲半導(dǎo)體部分122中的摻雜濃度可以具有含較低摻雜部分143a和較高摻雜部分143b的基本級(jí)進(jìn)式特性。
[0040]在本實(shí)施例中，圍繞第四摻雜區(qū)域144的閉環(huán)結(jié)構(gòu)120包括至少兩個(gè)彎曲半導(dǎo)體部分122和包括多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元140的至少兩個(gè)直的半導(dǎo)體部分121。然而，彎曲半導(dǎo)體部分122和直的半導(dǎo)體部分121的數(shù)量并不限于兩個(gè)，而是取決于第一摻雜區(qū)域141和第四摻雜區(qū)域144的形狀。在鰭狀的第一摻雜區(qū)域141和第四摻雜區(qū)域144的情況中，彎曲半導(dǎo)體部分122和直的半導(dǎo)體部分121的數(shù)量大于二。例如，當(dāng)?shù)谒陌雽?dǎo)體區(qū)域144具有圓化邊緣的基本方形形狀時(shí)，閉環(huán)結(jié)構(gòu)包括四個(gè)彎曲半導(dǎo)體部分122和四個(gè)直的半導(dǎo)體部分121。
[0041]本實(shí)施例的閉環(huán)結(jié)構(gòu)120的幾何形狀可以描述為具有兩個(gè)直的半導(dǎo)體部分121的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)(stadium)，這兩個(gè)直的半導(dǎo)體部分121彼此并行布置并且通過基本半圓的彎曲半導(dǎo)體部分122連接。第四摻雜區(qū)域144是具有圓化邊緣的基本細(xì)長區(qū)域，在圖2中示出其中一個(gè)圓化邊緣。
[0042]阻塞狀態(tài)期間的電場(chǎng)軌跡主要由主pn結(jié)145的軌跡、第四摻雜區(qū)域144的外形和第三摻雜區(qū)域143的摻雜關(guān)系限定。與將有源單元放置到彎曲區(qū)域中以使橫向半導(dǎo)體器件在導(dǎo)通狀態(tài)期間的總電流最大化的其它方法相反，本實(shí)施例在彎曲半導(dǎo)體部分122中不包括有源半導(dǎo)體單元。
[0043]在阻塞操作期間，當(dāng)?shù)谝粨诫s區(qū)域141不包括第二分區(qū)141b時(shí)的第二摻雜區(qū)域142或第一摻雜區(qū)域141與第四摻雜區(qū)域144之間存在大的電壓差，因?yàn)榘雽?dǎo)體單元140處于阻塞狀態(tài)并且在第一摻雜區(qū)域141和第四摻雜區(qū)域144之間不提供導(dǎo)電路徑。當(dāng)?shù)谝粨诫s區(qū)域141和第二摻雜區(qū)域142電連接到第一主電極131時(shí)，第一摻雜區(qū)域141和第二摻雜區(qū)域142可以在同一電位上。在靜態(tài)阻塞操作期間，電場(chǎng)的最大值位于主pn結(jié)145處。第二摻雜區(qū)域142、半導(dǎo)體襯底(圖2中未示出)和第四摻雜區(qū)域144之間的電場(chǎng)的場(chǎng)線在彎曲半導(dǎo)體區(qū)域122中三圍彎曲。因而，與直的半導(dǎo)體區(qū)域121相比，在彎曲半導(dǎo)體區(qū)域122中存在電場(chǎng)的局部增加。與直流半導(dǎo)體區(qū)域121相比，第三摻雜區(qū)域143和第四摻雜區(qū)域144的形狀和摻雜值可以進(jìn)一步用于增加彎曲半導(dǎo)體區(qū)域122中主pn結(jié)145處的電場(chǎng)。因此，雪崩倍增開始時(shí)的電場(chǎng)值首先在彎曲半導(dǎo)體區(qū)域122中達(dá)到。
[0044]當(dāng)在彎曲半導(dǎo)體區(qū)域122中(例如接近于第二半導(dǎo)體區(qū)域142)出現(xiàn)雪崩時(shí)，通過電場(chǎng)產(chǎn)生電荷載流子并分離電荷載流子。假設(shè)第四摻雜區(qū)域144在阻塞模式期間處于比第一摻雜區(qū)域141和第二摻雜區(qū)域142更高的電位。第三摻雜區(qū)域143形成漂移區(qū)域并且為弱η摻雜。由于電場(chǎng)的絕對(duì)值與空間電荷區(qū)域中的電荷成比例減少，所以與較高摻雜部分143b相比，第三摻雜區(qū)域143的較低摻雜部分143a中的場(chǎng)曲線斜率更低。由于雪崩效應(yīng)，在第三摻雜區(qū)域143中產(chǎn)生自由電子，并且由于第四摻雜區(qū)域144與第二摻雜區(qū)域142之間占主導(dǎo)的電場(chǎng)，自由電子移動(dòng)到第四摻雜區(qū)域144。由于曲率的幾何效應(yīng)，電流密度的局部增大并且因而電子密度主要接近于第四摻雜區(qū)域144。這在第四摻雜區(qū)域144形成漏極區(qū)域時(shí)特別有利。在這種情況下，電場(chǎng)的局部增大遠(yuǎn)離主Pn結(jié)145。因而，電子朝向第四摻雜區(qū)域144的增量部分地補(bǔ)償η摻雜的第三摻雜區(qū)域143和第四摻雜區(qū)域144中施主的正凈電荷。與其中沒有電流流動(dòng)并且其中電場(chǎng)分布僅由背景摻雜分布限定的情況相比，正凈電荷的減少導(dǎo)致電場(chǎng)的偏離。這兩種情況示意性地圖示在圖4Α中，假設(shè)均勻的電子電流密度。考慮增加的電子電流密度并且因而考慮增加的負(fù)電荷密度，接近第四摻雜區(qū)域144的電場(chǎng)的梯度以非線性方式減小。
[0045]圖4Α中的垂直虛線指示第三摻雜區(qū)域143和第四摻雜區(qū)域144之間的結(jié)的位置。實(shí)線對(duì)應(yīng)于其中沒有生成電子的電流流動(dòng)的情況，即電場(chǎng)僅由背景摻雜P限定的情況，其中假設(shè)P在每個(gè)相應(yīng)的摻雜區(qū)域143a、143b中都是恒定的并且對(duì)應(yīng)于施主的摻雜濃度Nd+。由于電子朝向第三摻雜區(qū)域143a、143b之間的結(jié)“積累”導(dǎo)致的局部補(bǔ)償，背景摻雜得以部分補(bǔ)償，所以“有效的”正背景摻雜P對(duì)應(yīng)于施主的摻雜濃度Nd+加上電子的濃度。注意，電子的電荷是負(fù)的，這導(dǎo)致P的減小。產(chǎn)生的電場(chǎng)分布由圖4A中的虛線指示。
[0046]這里應(yīng)注意，電子的“積累”是動(dòng)態(tài)過程。電子的密度越接近第四摻雜區(qū)域144越高，因?yàn)樵陔x第三摻雜區(qū)域143和第四摻雜區(qū)域144之間的結(jié)更大距離處產(chǎn)生的電子朝著該結(jié)流動(dòng)。此外，彎曲電場(chǎng)的幾何效應(yīng)引起電子朝著第三摻雜區(qū)域143和第四摻雜區(qū)域144之間的彎曲結(jié)集中。因此，平均而言，電子的濃度增加并且在雪崩期間保持增加。
[0047]減少的正凈電荷導(dǎo)致圖4A所示的電場(chǎng)斜率的減小，圖4A示出了斜率(E)輕微減小。作為結(jié)果，阻塞電壓增加。當(dāng)電場(chǎng)恒定(斜率(E)=常數(shù))時(shí)提供最大阻塞電壓。在這種情況下，第二摻雜區(qū)域142中電荷的反電荷通過第四摻雜區(qū)域144的高施主密度總體遞送并且導(dǎo)致電場(chǎng)的幾乎猛然減小。彎曲半導(dǎo)體部分122中的增加阻塞電壓繼而針對(duì)雪崩起作用，所以觀測(cè)到自建立效應(yīng)。
[0048]假設(shè)由雪崩引起的電流增加。作為結(jié)果，為了保持阻塞狀態(tài)，第一摻雜區(qū)域141和第四摻雜區(qū)域144之間的電壓也將升高，該電壓主要在第三摻雜區(qū)域143上降低。這會(huì)導(dǎo)致其中電場(chǎng)的最大值接近第三摻雜區(qū)域143和第四摻雜區(qū)域144之間的結(jié)或者在該結(jié)處的情形。在這種情況下，電流電壓特性“急速轉(zhuǎn)向(snap back) ”,這最終導(dǎo)致橫向器件的損壞。
[0049]為了防止這一點(diǎn)并且為了在不損壞器件的情況下允許更高的雪崩電流，可以使彎曲半導(dǎo)體部分122的背景摻雜濃度升高。此外，朝向第四摻雜區(qū)域144增加的摻雜濃度進(jìn)一步提高雪崩魯棒性，因?yàn)樵黾拥膿诫s濃度至少部分地補(bǔ)償彎曲半導(dǎo)體區(qū)域122中彎曲電場(chǎng)線的幾何因子。例如，第三摻雜區(qū)域143中的摻雜濃度可以增加1/R，其中R是離靠近第四摻雜區(qū)域144和第三摻雜區(qū)域143之間的結(jié)的第四摻雜區(qū)域144中的幾何中心的距離。
[0050]根據(jù)特定實(shí)施例，彎曲半導(dǎo)體部分122可以具有外邊界，該外邊界主要由主pn結(jié)145限定。該外邊界例如通?？梢詮澢蛘呖梢匀鐖D2所示為半圓形。隨著離該半圓的幾何中心的距離R減小，摻雜濃度增加。
[0051]彎曲半導(dǎo)體部分122可以具有由第三摻雜區(qū)域143和第四摻雜區(qū)域144之間的結(jié)限定的內(nèi)邊界。內(nèi)邊界可以彎曲，例如半圓形，如圖2所示。在第三摻雜區(qū)域143內(nèi)的增加的摻雜濃度可以適于跟隨內(nèi)邊界的彎曲半徑。在如圖2所示的半圓形內(nèi)邊界的情況下，彎曲半徑是恒定的。在其它情況下，彎曲半徑可以增加或減小。第三區(qū)域143中的摻雜濃度的增加然后可以相應(yīng)地調(diào)整。
[0052]增加的摻雜濃度導(dǎo)致圖4B中虛線指示的電場(chǎng)分布，作為比較示出了在第二摻雜區(qū)域142與第四摻雜區(qū)域144之間施加的同一阻塞電壓處的恒定背景摻雜的電場(chǎng)分布(實(shí)線)。當(dāng)朝著第三摻雜區(qū)域143與第四摻雜區(qū)域144之間的結(jié)局部增加背景摻雜時(shí)可以減小阻塞電壓，即電場(chǎng)強(qiáng)度上的積分，或者換言之，雪崩產(chǎn)生的開始。
[0053]僅為了圖示目的，具有600V額定阻塞電壓的橫向器件的背景摻雜低于約
1.4*1014/cm3。該摻雜濃度在彎曲半導(dǎo)體部分122中的主pn結(jié)145處也占主導(dǎo)地位。該摻雜濃度朝著第三摻雜區(qū)域143和第四摻雜區(qū)域144之間的結(jié)增加到約115-1OlfVcm3的值。典型地，摻雜濃度從主pn結(jié)145到第三摻雜區(qū)域143與第四摻雜區(qū)域144之間的結(jié)增加約5至100倍。
[0054]由于彎曲半導(dǎo)體部分122中的第三摻雜區(qū)域143中增加的背景摻雜濃度，因此，最大可允許的雪崩電流增加。另一方面，雪崩發(fā)生時(shí)的阻塞電壓減小。這是有利的，因?yàn)檠┍罁舸┌l(fā)生在彎曲半導(dǎo)體部分122中，而不發(fā)生在可切換半導(dǎo)體單元140中。此外，如上所述，由于彎曲半導(dǎo)體部分122中的雪崩是自建立的，所以橫向半導(dǎo)體器件呈現(xiàn)改善的雪崩魯棒性。因此彎曲半導(dǎo)體部分122可以稱為“雪崩區(qū)域”。
[0055]為了確保形成橫向半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域和單元140的結(jié)構(gòu)(例如氧化物層的可切換半導(dǎo)體單元140)不受雪崩擊穿的影響，在圖2所示直的部分121中的彎曲半導(dǎo)體部分122和可切換半導(dǎo)體單元140之間提供區(qū)域126。區(qū)域126的橫向?qū)挾取癮”可以在第二半導(dǎo)體區(qū)域142和第四半導(dǎo)體區(qū)域144之間的直的半導(dǎo)體部分121中的距離的約5%到100%之間。第二半導(dǎo)體區(qū)域142和第四半導(dǎo)體區(qū)域144之間的距離取決于橫向半導(dǎo)體開關(guān)的期望阻塞能力，并且可以估計(jì)為每100V約7.5到15 μ m。對(duì)于具有600V額定阻塞電壓的器件而言，第二半導(dǎo)體區(qū)域142與第四半導(dǎo)體區(qū)域144之間的距離應(yīng)在約45 μ m到90 μ m的范圍內(nèi)并且因而為約2.25 μ m和約90 μ m之間的a值。半導(dǎo)體區(qū)域126具有低于彎曲半導(dǎo)體部分122的摻雜濃度的摻雜濃度并且可以對(duì)應(yīng)于可切換半導(dǎo)體單元140的背景摻雜。
[0056]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，如圖3所示，彎曲半導(dǎo)體部分122的第三摻雜區(qū)域143內(nèi)背景摻雜的峰值摻雜濃度與第一表面111隔開。圖3是沿著圖2所示的半徑R、通過彎曲半導(dǎo)體部分122的垂直橫分區(qū)。在橫向方向中(即從主pn結(jié)145到在第三摻雜區(qū)域143與第四摻雜區(qū)域144之間的結(jié))，摻雜濃度例如根據(jù)1/R增加。然而，給定位置X的峰值摻雜濃度與第一表面111隔開。峰值摻雜濃度的位置由虛線指示。
[0057]這樣的摻雜分布可以通過利用適當(dāng)選擇的注入能量進(jìn)行注入來得到，該注入能量將摻雜劑注入到給定深度中，該給定深度稍后將對(duì)應(yīng)于峰值摻雜濃度的位置。
[0058]當(dāng)?shù)谝恢麟姌O131形成源極金屬化并且第二主電極132形成漏極金屬化時(shí)，橫向半導(dǎo)體器件的外輪緣處于源極電位，而橫向半導(dǎo)體器件的中心處于漏極電位。因此可以將用于控制橫向半導(dǎo)體器件的控制電路集成到半導(dǎo)體主體110中，無需附加的電平移位器。此外，如圖3所示，形成主體區(qū)域的第二摻雜區(qū)域可以與形成半導(dǎo)體主體110的下部部分的P摻雜襯底149電氣連接。這改善橫向半導(dǎo)體器件的電絕緣、促進(jìn)集成并且確保半導(dǎo)體主體110的第二表面112形成的下側(cè)和輪緣處于同一電位。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例但在圖3中未不出，在沒有圖3所示的連續(xù)摻雜的情況下，而是利用半導(dǎo)體主體110外部的類似鍵合導(dǎo)線、焊接夾或其它電連接的其它手段，P摻雜襯底149與第二摻雜區(qū)域142之間可以進(jìn)行電接觸。
[0059]在特定實(shí)施例中，彎曲半導(dǎo)體部分122中的第三摻雜區(qū)域143與p摻雜襯底149形成pn結(jié)。這改善雪崩期間產(chǎn)生的熱的散熱。
[0060]關(guān)于圖5A至圖5D，描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的可切換半導(dǎo)體單元140的結(jié)構(gòu)?？汕袚Q半導(dǎo)體單元140在本實(shí)施例中是所謂的TEDFET，并且包括如圖5A所示的兩個(gè)功能區(qū)域200和300。功能區(qū)域200形成“正常"FET，而功能區(qū)域300形成用于形成并控制FET中的積累溝道的漂移控制單元。
[0061]在圖5B中圖示了 FET的結(jié)構(gòu)(功能區(qū)域200)，其中示出了沿著圖5A中的線BB的垂直分區(qū)。
[0062]FET單元形成在半導(dǎo)體主體210中，該半導(dǎo)體主體210包括例如可以為p摻雜的半導(dǎo)體襯底249以及形成在該半導(dǎo)體襯底249上的η摻雜半導(dǎo)體層248。半導(dǎo)體層248可以利用例如外延生長形成。半導(dǎo)體層248的η摻雜形成可切換半導(dǎo)體單元140的背景摻雜。半導(dǎo)體主體210具有第一表面211和與第一表面211相對(duì)的第二表面212。半導(dǎo)體層248延伸到第一表面211，并且形成如上所述的第三摻雜區(qū)域143，即形成漂移區(qū)域243。在漂移區(qū)域243中形成作為第二摻雜區(qū)域142的一部分的P摻雜區(qū)域242。ρ摻雜區(qū)域242用作主體區(qū)域并且與漂移區(qū)域243形成主pn結(jié)245。在主體區(qū)域242中嵌入作為第一摻雜區(qū)域141的一部分的高η摻雜源極區(qū)域241。在漂移區(qū)域243中嵌入作為第四摻雜區(qū)域144的一部分的高η摻雜漏極區(qū)域244，并且該高η摻雜漏極區(qū)域244與漂移區(qū)域243形成ηη+結(jié)。作為第一主電極131的一部分的源極金屬化231與源極區(qū)域241和主體區(qū)域241電接觸。此外，作為第二主電極132的一部分的漏極金屬化232與漏極區(qū)域244電接觸。
[0063]柵極電極233被布置在主體區(qū)域242之上并且通過柵極電介質(zhì)252與主體區(qū)域242絕緣，該柵極電極233形成橫向功率半導(dǎo)體器件的第三電極的一部分。柵極電極233和漂移區(qū)域243由相對(duì)厚的絕緣層251覆蓋，該絕緣層251將柵極電極233和漂移區(qū)域243與源極金屬化231和漏極金屬化232絕緣。
[0064]例如通過如圖3所示沿著半導(dǎo)體主體210的外邊緣或輪緣延伸主體區(qū)域242,可以使P摻雜主體242和ρ摻雜半導(dǎo)體襯底249電接觸。
[0065]應(yīng)注意，圖5Α至圖5D僅示出可切換半導(dǎo)體單元140的結(jié)構(gòu)，而不是整個(gè)器件。圖5Α至圖中的左側(cè)面向半導(dǎo)體主體210的外輪緣，而右側(cè)面向第四摻雜區(qū)域144限定的橫向半導(dǎo)體器件的中心。
[0066]形成與FET單元200相鄰的漂移控制單元300，該漂移控制單元300通過積累電介質(zhì)350與FET單元200絕緣，如圖5Α和圖5C最佳地示出，其中圖5C是沿著圖5Α中的線CC的截面。
[0067]TEDFET的漂移控制單元300形成在半導(dǎo)體主體300中，該半導(dǎo)體主體300如上所述具有第一表面311、第二表面312、半導(dǎo)體襯底349和半導(dǎo)體層348。然而，遠(yuǎn)離FET單元200地，在ρ摻雜半導(dǎo)體襯底349與η摻雜半導(dǎo)體層348之間形成絕緣層353?？梢允褂美缤庋由L形成半導(dǎo)體層348。絕緣層353與積累電介質(zhì)350 —起將漂移控制單元300與相鄰的FET單元200和半導(dǎo)體襯底349完全電絕緣。這在圖中最佳地示出，圖示出了可切換半導(dǎo)體單元140的三維圖示，該可切換半導(dǎo)體單元140包括具有相鄰漂移控制單元300的FET單元200。
[0068]漂移控制單元300包括ρ摻雜的第一區(qū)342，該第一區(qū)342與η摻雜半導(dǎo)體層348形成的漂移控制區(qū)域343形成主pn結(jié)345。在半導(dǎo)體層348中形成高η摻雜的第二區(qū)344,并且該第二區(qū)域344與漂移控制區(qū)域343形成ηη+結(jié)。第一區(qū)342通過第一端子331接觸，而第二區(qū)344通過第二端子332接觸。第一端子331可以通過未示出的二極管元件電連接到源極金屬化231。類似地，第二端子332可以通過未示出的二極管電連接到漏極金屬化232。
[0069]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，絕緣層353也可以在FET單元下方延伸，將漂移區(qū)域243與襯底212絕緣。根據(jù)另一實(shí)施例，絕緣層353附加地或備選地也可以在彎曲半導(dǎo)體部分122下方延伸，從而將摻雜區(qū)域143與襯底212絕緣。將漂移區(qū)域243和/或摻雜區(qū)域143進(jìn)行絕緣在體二極管的操作期間禁止載流子注入到襯底212中，并且因而可以進(jìn)一步改善體二極管的動(dòng)態(tài)行為。另一方面，由于與半導(dǎo)體材料的直接接觸相比減少的熱流過絕緣層353，所以熱性能降低。
[0070]可以與絕緣層251接續(xù)的、相對(duì)厚的絕緣層351覆蓋漂移控制區(qū)域343并且分別提供與第一端子331和第二端子332的絕緣。
[0071]由于漂移控制區(qū)域343的動(dòng)作，在漂移區(qū)域243中沿著積累電介質(zhì)350形成積累溝道，以降低橫向功率半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通狀態(tài)下的導(dǎo)通電阻。
[0072]如圖5Α所示，可切換半導(dǎo)體單元140彼此相鄰地布置，使得FET單元200和漂移控制單元300交替地布置在橫向功率半導(dǎo)體器件的直的半導(dǎo)體部分121中。
[0073]如上所述，雪崩擊穿局限或限制到彎曲半導(dǎo)體部分122，并且因而不影響可切換半導(dǎo)體單元140、特別是積累電介質(zhì)350。因此，可以顯著減少積累電介質(zhì)350中對(duì)在雪崩擊穿期間產(chǎn)生的熱電荷載流子的捕獲。當(dāng)彎曲半導(dǎo)體部分122中的第三摻雜區(qū)域143的峰值摻雜濃度與第一表面111隔開時(shí)該效應(yīng)進(jìn)一步改善，因?yàn)樵诒厩闆r下也減小了熱載流子注入到絕緣層251、351中的可能性，該絕緣層251、351也覆蓋彎曲半導(dǎo)體部分122。
[0074]橫向功率半導(dǎo)體器件的上述布置進(jìn)一步呈現(xiàn)改善的換向特性，從而橫向功率半導(dǎo)體器件具有改善的雪崩魯棒性和改善的換向特性。
[0075]在換向期間，必需去除存儲(chǔ)在器件中的電荷載流子以使器件進(jìn)入阻塞狀態(tài)。當(dāng)FET單元200的體二極管操作時(shí)，如圖5Β所示結(jié)構(gòu)的情況那樣，漂移區(qū)域243充滿電荷載流子。在可切換半導(dǎo)體單元140的區(qū)域中，沿著積累電介質(zhì)350引導(dǎo)大部分電流作為溝道電流。此夕卜，當(dāng)適當(dāng)定制成能夠處理大的體二極管電流時(shí)的體二極管也使得對(duì)應(yīng)于漂移區(qū)域243的第三摻雜區(qū)域143充滿電荷載流子。當(dāng)器件現(xiàn)在進(jìn)入阻塞狀態(tài)時(shí)，朝向第四摻雜區(qū)域144增加的彎曲半導(dǎo)體部分122中的摻雜濃度起到場(chǎng)停止區(qū)域的作用，防止電場(chǎng)快速轉(zhuǎn)向第四摻雜區(qū)域144 (漏極區(qū)域244)。因而，電荷載流子在第三摻雜區(qū)域143中保持更長時(shí)間，這帶來更緩和的換向。
[0076]而且，用于去除正電荷載流子(空穴)的電流密度由于彎曲半導(dǎo)體部分122的幾何效應(yīng)而減小，因?yàn)榭昭娏鞒驈澢雽?dǎo)體部分122的外邊界。這帶來更高的切換魯棒性，切換魯棒性主要由空穴電流密度決定。這樣的行為對(duì)于橋接電路和諧振應(yīng)用是有利的，其中體二極管可以經(jīng)受可能導(dǎo)致器件損壞的特定條件下的硬換向。
[0077]上述橫向功率半導(dǎo)體器件允許半導(dǎo)體主體110 (即半導(dǎo)體主體110的第二側(cè)112)處于源極電位。此外，驅(qū)動(dòng)電路可以容易地集成到橫向地處于功率半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域外側(cè)的半導(dǎo)體主體110中，因?yàn)橥鈪^(qū)域以及半導(dǎo)體主體110的背面處于同一電位。
[0078]備選地，第四半導(dǎo)體區(qū)域144可以在源極電位上，而第一半導(dǎo)體區(qū)域141和/或第二半導(dǎo)體區(qū)域142可以在漏極電位上。
[0079]在另一方面中，例如通過形成可選的附加摻雜區(qū)域246，可以在可切換半導(dǎo)體單元140的區(qū)域中集成反向阻塞晶體管，該附加摻雜區(qū)域246具有與漏極區(qū)域244的摻雜類型相反的摻雜類型，并且與漏極電極232電連接且將漏極區(qū)域244與漂移區(qū)域243絕緣。圖中的電連接由線247指示，但可以例如通過漏極電極232的溝槽化接觸或通過附加摻雜區(qū)域246實(shí)現(xiàn)，該溝槽化接觸或附加摻雜區(qū)域246穿過漏極區(qū)域244的一部分而到達(dá)第一表面211。在沒有向漂移控制區(qū)域343施加電壓的情況下，因而提供橫向IGBT結(jié)構(gòu)，當(dāng)柵極233被充電時(shí)該IGBT結(jié)構(gòu)使漂移區(qū)域243滿溢(flood)。這導(dǎo)致漏極電壓減小，并且漂移控制區(qū)域343的電壓能夠產(chǎn)生持續(xù)的溝道，該持續(xù)的溝道在漂移區(qū)域243中形成為積累溝道并且在附加摻雜區(qū)域246中形成為反向溝道。該修改改善了橫向功率半導(dǎo)體器件的脈沖電流魯棒性。此外，反向阻塞能力改善，其將反向電流驅(qū)動(dòng)到具有定制的摻雜關(guān)系的第三摻雜區(qū)域143的彎曲半導(dǎo)體部分122中，針對(duì)最佳的二極管性能，特別是由于增加的摻雜濃度而定制該摻雜關(guān)系。此外，通過沿著積累電介質(zhì)350生成導(dǎo)通溝道并增加施加到柵極電極233的電壓,橫向功率半導(dǎo)體器件的有源換向器操作也是可以的。
[0080]參照?qǐng)D6A至圖6D，描述一種用于制造橫向功率半導(dǎo)體器件的方法。
[0081]提供半導(dǎo)體主體410，該半導(dǎo)體主體410具有半導(dǎo)體襯底449和在半導(dǎo)體襯底449上的半導(dǎo)體層448。半導(dǎo)體層448可以是摻雜類型與半導(dǎo)體襯底449的摻雜類型相反的外延生長層。在這種情況下，半導(dǎo)體層448與半導(dǎo)體襯底449形成pn結(jié)。半導(dǎo)體層448也可以是與半導(dǎo)體襯底449相同的摻雜類型。
[0082]半導(dǎo)體層448延伸到圖6A所示的半導(dǎo)體主體410的第一表面411并且形成所述第一表面411。
[0083]在另一工藝中，將多個(gè)溝槽460形成在半導(dǎo)體層448中。這在圖6A的左部示出。溝槽460沿著其中在后續(xù)工藝中形成漂移控制區(qū)域343的區(qū)域延伸?？梢葬槍?duì)每個(gè)漂移控制區(qū)域343形成相應(yīng)的溝槽460。相鄰溝槽460之間的臺(tái)面區(qū)域稍后形成漂移區(qū)域243。
[0084]當(dāng)參照?qǐng)D2的方向時(shí)，在頂視圖中溝槽460可以例如如圖2所示那樣從主pn結(jié)145之上的區(qū)域延伸到主pn結(jié)145。因此溝槽460也延伸通過其中稍后形成第四摻雜區(qū)域144的區(qū)域。如圖2的實(shí)施例中所示，溝槽460可以沿著半導(dǎo)體單元140從半導(dǎo)體主體110的上邊緣延伸到半導(dǎo)體主體110的下邊緣。由于在晶片上形成多個(gè)橫向功率半導(dǎo)體器件，因此可以形成溝槽460以延伸到其中稍后形成橫向功率半導(dǎo)體器件的邊緣的區(qū)域。備選地，溝槽460可以延伸到恰好在第一半導(dǎo)體區(qū)域141外部的區(qū)域。
[0085]在另一工藝中，如圖6B的左部所示，在脫氧環(huán)境中以升高的溫度對(duì)半導(dǎo)體主體410進(jìn)行回火，以引起半導(dǎo)體層448的半導(dǎo)體材料的表面遷移，直到溝槽460由半導(dǎo)體材料覆蓋，從而形成彼此橫向間隔開的各個(gè)空腔461。由于半導(dǎo)體材料的“回流”導(dǎo)致單晶材料，所以溝槽到除了其中形成漂移控制區(qū)域的區(qū)域之外的其它區(qū)域中的延伸是不關(guān)鍵的。
[0086]作為圖示示例，對(duì)于具有600V阻塞能力的器件而言，溝槽460可以具有約300nm到約3000nm的橫向?qū)挾群图s30 μ m到約120 μ m的長度。溝槽的最小長度可以與連接到橫向晶體管的期望阻塞電壓Vb的橫向晶體管單元的長度It對(duì)應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，以μπι單位的It約為5……20*Vb/100V。然而，溝槽可以比這些值更長并且可以形成為透過一個(gè)或多個(gè)芯片或甚至通過整個(gè)晶片。上述寬度在回火工藝中改變并且溝槽460的初始寬度應(yīng)調(diào)整為允許該改變。溝槽460的間距可以在數(shù)百nm范圍內(nèi)，這可靠地防止相鄰溝槽460在回火工藝期間合并。溝槽460的深度可以在若干μ m范圍內(nèi)。這些尺寸只是圖示性的，而非限制性的。
[0087]回火過程中的工藝條件可以根據(jù)特定需要來調(diào)整。為了圖示目的，當(dāng)半導(dǎo)體層448為硅半導(dǎo)體時(shí)，溫度可以在約1000°c到約1150°C的范圍內(nèi)。在該溫度范圍內(nèi)，半導(dǎo)體層448的半導(dǎo)體材料開始“流動(dòng)”并且溝槽460開始通過流動(dòng)材料靠近。另一方面，由于流動(dòng)材料，溝槽460在其下部中加寬。然而，溝槽460彼此間隔開如下橫向距離，該橫向距離足以使其下部加寬的溝槽460不合并。
[0088]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在脫氧環(huán)境中，例如在約1Torr (約1.3.13Pa)的低壓下的氫環(huán)境中，可以執(zhí)行回火?；鼗鸸に嚨某掷m(xù)時(shí)間可以改變并且可以根據(jù)溫度進(jìn)行選擇。在期望回火溫度下的典型回火時(shí)間是約10分鐘。
[0089]在另一工藝中，如圖6C的左部所示，形成垂直溝道462，該垂直溝道462從第一表面411延伸以提供對(duì)空腔461的通路。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以形成一個(gè)相應(yīng)的溝道462以延伸到一個(gè)相應(yīng)的空腔461。根據(jù)另一實(shí)施例，一個(gè)溝道462可以提供對(duì)兩個(gè)或多個(gè)空腔461的通路。
[0090]假設(shè)為圖6C左部中的空管道形狀的空腔461具有內(nèi)部表面。在另一工藝中，如圖6D左部所示，空腔461的內(nèi)部表面被氧化以形成相應(yīng)的絕緣層470，該絕緣層470稍后形成絕緣層353。溝道462提供氧化環(huán)境的通路以擴(kuò)散到空腔461中。
[0091]典型地在功率半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域外部的區(qū)域中形成溝道462。例如，溝道462可以形成在切口或切割框架的區(qū)域中，沿著該切口或切割框架最終切割半導(dǎo)體主體410以將功率半導(dǎo)體器件彼此分隔開。
[0092]圖6A至圖6D的左部圖示了隔離絕緣層470的形成，該隔離絕緣層470僅形成在漂移控制區(qū)域343下方的區(qū)域中。在這種情況下，溝槽460之間的臺(tái)面區(qū)域保持與半導(dǎo)體襯底449接觸。例如，溝槽460可以形成為延伸得與半導(dǎo)體襯底449 一樣遠(yuǎn)，使得相應(yīng)的絕緣層470形成在半導(dǎo)體襯底449與半導(dǎo)體層或半導(dǎo)體層448之間的界面區(qū)域中。稍后形成漂移區(qū)域的臺(tái)面區(qū)域可以與半導(dǎo)體襯底449形成相應(yīng)的pn結(jié)。這些pn結(jié)將漂移區(qū)域與半導(dǎo)體襯底449絕緣。
[0093]保留與半導(dǎo)體襯底449接觸的漂移區(qū)域?qū)τ趶臋M向晶體管單元到熱沉的熱傳送是有利的，熱沉通常連接到半導(dǎo)體襯底449的背面，因?yàn)槠茀^(qū)域(臺(tái)面區(qū)域)的半導(dǎo)體材料與半導(dǎo)體襯底449連續(xù)。為了進(jìn)一步改善熱傳送，溝槽460僅可以形成在后續(xù)的直的半導(dǎo)體部分121的區(qū)域中。在諸如彎曲半導(dǎo)體部分122的其它區(qū)域中，并且例如在第四半導(dǎo)體區(qū)域144下方，不形成溝槽460，使得半導(dǎo)體材料在這些區(qū)域和部分中也分別連續(xù)。
[0094]除了改善的熱傳送之外，即使在形成絕緣層471之后也保持空的空腔261還減少漂移控制區(qū)域343與半導(dǎo)體襯底449的電容性耦合。
[0095]在又一實(shí)施例中，如圖6A至圖6D的右部所示，公共絕緣層471形成在漂移控制區(qū)域343和漂移區(qū)域243下方。在半導(dǎo)體層448中形成多個(gè)緊密間隔的溝槽465。溝槽是否變換成單個(gè)空腔或合并成公共空腔的相鄰溝槽依賴于溝槽的橫向間隔(即間距)。當(dāng)將多個(gè)緊密間隔的溝槽465布置成陣列時(shí)，形成空腔466，在頂視圖中空腔466具有陣列的兩維延伸?？涨?66可以具有如圖6B所示的平面形狀。例如，緊密間隔的溝槽465的矩形陣列形成具有圓化拐角的基本矩形的空腔466 (頂視圖中可見)，而成行的緊密間隔的溝槽465形成基本細(xì)長的空腔。因此，通過選擇溝槽108的布置，可以形成虛擬的任意空腔布置和形狀。
[0096]在又一些工藝中，如圖6C和圖6D的右部所示，形成垂直溝道467，以向空腔466提供氧化環(huán)境的通路，從而在空腔466的內(nèi)部表面上形成絕緣層471。溝道467典型地形成在功率半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域外部的區(qū)域中并且可以任意地位于空腔466的區(qū)域中。例如，溝道467可以形成在切口或切割框架的區(qū)域中，沿著該切口或切割框架最終切割半導(dǎo)體主體410，以將功率半導(dǎo)體器件彼此隔開。通過使用也在漂移區(qū)域243下方的空腔來削弱從橫向晶體管到熱沉的熱傳送。然而，漂移區(qū)域243和襯底449之間的電容性耦合減小。
[0097]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，通過將僅在漂移控制區(qū)域300下方(例如在靠近橫向器件的源極區(qū)域的區(qū)域中)的管狀空腔461與在漂移區(qū)域200和漂移控制區(qū)域300 二者下方(例如在靠近漏極區(qū)域的區(qū)域中)的兩維空腔466進(jìn)行組合，可以實(shí)現(xiàn)橫向器件的電容性耦合和熱性能之間的折衷。在這種情況下，可以將溝道462、467的數(shù)目減少到總共一個(gè)溝道。
[0098]通過將空腔466放置在彎曲半導(dǎo)體區(qū)域下方，可以避免:在橫向功率半導(dǎo)體器件的二極管操作中或在雪崩期間產(chǎn)生的電子或空穴到達(dá)半導(dǎo)體襯底并因而到達(dá)器件的其它部分。
[0099]在又一些工藝中，如圖5A至圖所示，形成多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元140。每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元140包括形成在半導(dǎo)體層448中(特別是其中形成溝槽460的區(qū)域之間的臺(tái)面區(qū)域中)的漂移區(qū)域243。漂移控制區(qū)域343形成在與漂移區(qū)域243相鄰且在絕緣層470之上的半導(dǎo)體層448中。例如，通過刻蝕薄溝槽，在漂移區(qū)域243與漂移控制區(qū)域343之間形成積累電介質(zhì)350?？涛g停止在絕緣層470上。隨后，利用絕緣材料填充薄溝槽。
[0100]半導(dǎo)體單元140形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)120的直的半導(dǎo)體部分121，該環(huán)狀結(jié)構(gòu)120在第一表面上的頂視圖中具有至少一個(gè)彎曲半導(dǎo)體部分122和至少一個(gè)直的半導(dǎo)體部分121。
[0101]在另一工藝中，對(duì)彎曲半導(dǎo)體部分122進(jìn)行摻雜，使得彎曲半導(dǎo)體部分122的摻雜濃度從外彎曲邊界145向內(nèi)邊界147增加。這例如可以使用一個(gè)或若干注入掩膜來完成。為了減少工藝步驟的數(shù)目，可以通過掩膜窗口的離子注入以及后續(xù)的退火步驟來完成彎曲半導(dǎo)體部分122的摻雜，以達(dá)到摻雜劑的擴(kuò)散。可以在不對(duì)離子注入進(jìn)行掩蔽的情況下達(dá)到最大摻雜濃度，這例如可以靠近內(nèi)邊界147進(jìn)行。在通往外彎曲邊界145的通路上，掩膜中窗口的密度減小，從而減小每單位面積上注入到半導(dǎo)體材料中的摻雜原子的平均量?？梢酝ㄟ^完全阻塞離子注入(即在掩膜中不打開窗口的情況下)來達(dá)到最小摻雜濃度。該工藝可以重復(fù)一次或多次。從集成的角度而言，期望使用在半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)中無論如何都需要的離子注入步驟和掩蔽步驟。
[0102]在圖8中給出了示例，圖8示出了具有多個(gè)窗口 881和882的注入掩膜880。圖8中的虛線指示由第三摻雜區(qū)域143的部分形成的彎曲部分122的內(nèi)邊界147和外邊界145的位置。窗口 881的數(shù)目、尺寸和形狀可以在例如徑向方向上變化，同時(shí)保持給定半徑下的圓周方向上密度恒定。內(nèi)窗口 882可以形成為半圓環(huán)。通過改變窗口 881的數(shù)目、尺寸和形狀中的至少一個(gè)，可以局部地調(diào)整注入密度。利用后續(xù)退火步驟，注入的摻雜劑擴(kuò)散以使掩膜880限定的注入圖案光滑。當(dāng)使用小尺寸窗口時(shí)，甚至可以更好地控制所得到的摻雜的局部變化，并且后續(xù)退火步驟的持續(xù)時(shí)間和/或溫度可以減少。
[0103]根據(jù)另一實(shí)施例，如圖9A和圖9B所示，提供第一掩膜901，從而覆蓋彎曲半導(dǎo)體部分122的外區(qū)域(例如圖2所示的區(qū)域143a)，并且使得彎曲半導(dǎo)體部分122的內(nèi)區(qū)域(例如區(qū)域143b)不被掩蔽。第一掩膜901包括第一窗口 981。使用第一掩膜901作為摻雜掩膜來注入摻雜劑。然后，形成具有第二窗口 982的第二掩膜902。第二窗口 982使得與內(nèi)區(qū)域鄰接的外區(qū)域的一部分不被掩蔽。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二窗口 982的尺寸可以大于第一窗口 981的尺寸并且進(jìn)一步延伸到外彎曲邊界145。在另一注入工藝期間使用第二掩膜902作為注入掩膜。因而，通過相對(duì)于第一窗口 981朝著外彎曲邊界145增加第二窗口 982的尺寸，注入到彎曲半導(dǎo)體部分122中的摻雜劑的總量朝著內(nèi)邊界147比朝著外邊界145更大。
[0104]通過使用第一掩膜901和第二掩膜902，可以得到從內(nèi)邊界147到外彎曲邊界145的至少兩階摻雜分布。當(dāng)使用多于兩個(gè)掩膜時(shí)，可以增加摻雜分布中階的數(shù)目。
[0105]第一掩膜901和第二掩膜902可以是注入掩膜的部分，這在其它區(qū)域中用于形成諸如第四摻雜區(qū)域144、可選的場(chǎng)停止層或第一摻雜區(qū)域141之類的其它摻雜區(qū)域。這里，通過適當(dāng)?shù)亟M合注入步驟，可以將光刻步驟的數(shù)目保持盡可能少。
[0106]根據(jù)若干實(shí)施例，可以以所有組合排列圖8、圖9A和圖9B中所不的掩膜窗口 881、882,981和982。作為示例，作為對(duì)更大的窗口 981、982的附加或備選，也可以在第一掩膜901和/或第二掩膜902中使用類似例如881的窗口。第二掩膜902和第一掩膜901可以具有重疊的窗口，類似圖9A和圖9B所示的窗口 981和窗口 982。然而，第二掩膜902的窗口可以僅位于第一掩膜901的掩蔽區(qū)域之上。當(dāng)然，可以使用多于兩個(gè)的掩膜。
[0107]參照?qǐng)D7，描述用于制造橫向功率半導(dǎo)體器件的另一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，漂移區(qū)域和漂移控制區(qū)域形成在半導(dǎo)體主體410的薄膜中。通過中空凹陷和/或凹陷中形成的絕緣層可以提供對(duì)背面的絕緣。這在橫向功率半導(dǎo)體器件的二極管操作中避免雪崩期間產(chǎn)生的電子空穴對(duì)到達(dá)半導(dǎo)體襯底和到達(dá)器件的其它部分。
[0108]如圖7所示，在半導(dǎo)體主體410的第二表面412中形成例如刻蝕凹陷480。凹陷480延伸到漂移控制區(qū)域343和漂移區(qū)域243的底部區(qū)域。
[0109]在另一工藝中，可以在凹陷480的露出表面上形成絕緣層471。凹陷的其余空間可以保持未填充或者可以通過諸如半導(dǎo)體材料或類似如陶瓷或聚合物的絕緣體的材料形成，該聚合物可以包括其它顆粒、甚至金屬，這改善散熱。當(dāng)留下凹陷480未填充時(shí)，即使在沒有任意額外的絕緣層的情況下空凹陷也提供絕緣。因此，空凹陷480可以形成絕緣層。
[0110]如圖7所示，絕緣層471和/或凹陷480將漂移區(qū)域243和漂移控制區(qū)域343與稍后可以形成在半導(dǎo)體主體410的第二面412上的任意其它材料絕緣。
[0111]為便于描述使用諸如“之上”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”等的空間相對(duì)術(shù)語來說明一個(gè)元件相對(duì)于第二元件的定位。除了與圖中所示方向不同的方向之外，這些術(shù)語旨在于涵蓋器件的不同方向。此外，也使用諸如“第一”、“第二”等的術(shù)語來描述各種元件、區(qū)域、部分等，并且也并不旨在于進(jìn)行限制。類似的術(shù)語是指貫穿描述的類似元件。
[0112]如這里使用的，術(shù)語“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是開放式術(shù)語，指示所述元件或特征的存在，但并不排除附加的元件或特征。冠詞“一個(gè)”、“一”和“該”旨在于包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文清楚地另外指出。
[0113] 考慮到以上范圍的變型和應(yīng)用，應(yīng)理解到，本發(fā)明并不由前面的描述限制，也不由附圖限制。而是本發(fā)明僅由下面的權(quán)利要求和其合法的等同方案限制。
【權(quán)利要求】
1.一種橫向功率半導(dǎo)體器件,包括: 半導(dǎo)體主體，具有第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面； 第一主電極，包括布置在所述第一表面上的至少兩個(gè)分區(qū)； 第二主電極，布置在所述第一表面上并且在所述第一主電極的兩個(gè)分區(qū)之間； 多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元，布置在所述第一主電極的兩個(gè)分區(qū)中的相應(yīng)分區(qū)和所述第二主電極之間，并且配置成在所述第一主電極和所述第二主電極之間提供可控導(dǎo)電路徑；以及 至少一個(gè)彎曲半導(dǎo)體部分，在所述第一主電極和所述第二主電極之間，具有從所述第一主電極到所述第二主電極增加的摻雜濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中，在垂直于所述第一表面的截面中，對(duì)于在所述第一主電極和所述第二主電極之間的所述彎曲半導(dǎo)體部分中的任意位置而言，摻雜濃度的峰值遠(yuǎn)離所述第一表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中所述彎曲半導(dǎo)體部分和所述多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元形成圍繞所述第二主電極的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中所述閉環(huán)結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)彎曲半導(dǎo)體部分和至少兩個(gè)直的半導(dǎo)體部分，所述直的半導(dǎo)體部分中的每一個(gè)包括多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括具有低于所述彎曲半導(dǎo)體部分的摻雜濃度的摻雜濃度的摻雜區(qū)域，所述摻雜區(qū)域布置在所述彎曲半導(dǎo)體部分與所述多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元包括漂移區(qū)域、與所述漂移區(qū)域相鄰的漂移控制區(qū)域以及在所述漂移區(qū)域與所述漂移控制區(qū)域之間的積累電介質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體主體包括一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底和在所述半導(dǎo)體襯底上并且與所述半導(dǎo)體襯底接觸的相反導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，其中每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元的所述漂移控制區(qū)域形成在所述半導(dǎo)體層中并且通過相應(yīng)的絕緣層與所述半導(dǎo)體襯底電絕緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元的所述漂移區(qū)域形成在所述半導(dǎo)體層中并且與所述半導(dǎo)體襯底形成Pn結(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體主體包括半導(dǎo)體襯底、在所述半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體層以及至少在所述半導(dǎo)體襯底和所述半導(dǎo)體層的分區(qū)之間的絕緣層，并且其中每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元的所述漂移控制區(qū)域形成在所述半導(dǎo)體層中并且通過所述絕緣層與所述半導(dǎo)體襯底電絕緣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元包括與所述第二主電極電接觸的漏極區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元包括與所述第一主電極電接觸的源極區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括與所述第二主電極電接觸的第四摻雜區(qū)域、圍繞所述第四摻雜區(qū)域并與所述第四摻雜區(qū)域形成結(jié)的第一導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)域、圍繞所述第三摻雜區(qū)域并與所述第三摻雜區(qū)域形成主pn結(jié)的第二導(dǎo)電類型的第二摻雜區(qū)域以及與所述第一主電極電接觸的第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中所述彎曲半導(dǎo)體部分由所述第三摻雜區(qū)域的一部分形成，并且根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，具有由所述主pn結(jié)限定的彎曲外邊界和由所述第三摻雜區(qū)域和所述第四摻雜區(qū)域之間的結(jié)限定的內(nèi)彎曲邊界，并且其中所述彎曲半導(dǎo)體部分的摻雜濃度從所述外邊界到所述內(nèi)邊界增加約1/R，其中R是距布置在所述第四摻雜區(qū)域中的中央點(diǎn)的距離。
14.一種橫向功率半導(dǎo)體器件,包括: 半導(dǎo)體主體，包括第一表面、半導(dǎo)體襯底和在所述半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體層； 環(huán)形結(jié)構(gòu)，根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)直的半導(dǎo)體部分和至少一個(gè)彎曲半導(dǎo)體部分，所述至少一個(gè)直的半導(dǎo)體部分包括多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元，每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元包括形成在所述半導(dǎo)體層中的漂移區(qū)域、與所述漂移區(qū)域相鄰地形成在所述半導(dǎo)體層中的漂移控制區(qū)域以及將所述漂移區(qū)域與所述漂移控制區(qū)域電絕緣的積累電介質(zhì)；以及 絕緣層，將每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元的所述漂移控制區(qū)域與所述半導(dǎo)體襯底電絕緣；并且 其中所述彎曲半導(dǎo)體部分形成在所述半導(dǎo)體層中，并且根據(jù)所述第一表面上的頂視圖包括部分地圍繞內(nèi)邊界的外彎曲邊界，并且其中所述彎曲半導(dǎo)體部分的摻雜濃度從所述外彎曲邊界到所述內(nèi)邊界增加。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中所述彎曲半導(dǎo)體部分與所述半導(dǎo)體襯底形成pn結(jié)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括:根據(jù)所述第一表面上的頂視圖圍繞所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的主pn結(jié)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中，在垂直于所述第一表面的截面圖中，對(duì)于在所述彎曲半導(dǎo)體部分的內(nèi)邊界和所述外彎曲邊界之間的彎曲半導(dǎo)體部分中的任意位置而言，摻雜濃度的峰值遠(yuǎn)離所述第一表面。
18.—種橫向功率半導(dǎo)體器件,包括: 半導(dǎo)體主體，包括第一表面； 第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)域、與所述第一摻雜區(qū)域形成pn結(jié)的第二導(dǎo)電類型的第二摻雜區(qū)域、與所述第二摻雜區(qū)域形成主pn結(jié)的第一導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)域以及與所述第三摻雜區(qū)域相接觸的第四摻雜區(qū)域； 根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，所述主Pn結(jié)圍繞所述第三摻雜區(qū)域； 根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，所述第三摻雜區(qū)域圍繞所述第四摻雜區(qū)域；以及 根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，所述第三摻雜區(qū)域包括直的半導(dǎo)體部分和彎曲半導(dǎo)體部分，其中所述彎曲半導(dǎo)體部分的摻雜濃度從所述主Pn結(jié)到所述第四摻雜區(qū)域增加。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括摻雜區(qū)域和布置在所述第三摻雜區(qū)域的所述直的部分中的多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元，所述摻雜區(qū)域具有低于所述彎曲半導(dǎo)體部分的摻雜濃度的摻雜濃度并且布置在所述彎曲半導(dǎo)體部分與所述可切換半導(dǎo)體單元之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的橫向功率半導(dǎo)體器件，其中所述彎曲半導(dǎo)體部分的摻雜濃度至少在分區(qū)中是從所述主pn結(jié)到所述第四摻雜區(qū)域增加約1/R，其中R是離布置在所述第四摻雜區(qū)域中的中央點(diǎn)的距離。
21.一種用于制造橫向功率半導(dǎo)體器件的方法，包括: 提供半導(dǎo)體主體，所述半導(dǎo)體主體包括半導(dǎo)體襯底和在所述半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層形成所述半導(dǎo)體主體的第一表面； 在所述第一表面中形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)彎曲半導(dǎo)體部分和至少一個(gè)直的半導(dǎo)體部分，所述至少一個(gè)直的半導(dǎo)體部分包括多個(gè)可切換半導(dǎo)體單元，每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元包括形成在所述半導(dǎo)體層中的漂移區(qū)域、與所述漂移區(qū)域相鄰地形成在半導(dǎo)體層中的漂移控制區(qū)域以及將所述漂移區(qū)域與所述漂移控制區(qū)域電絕緣的積累電介質(zhì)；以及 在所述漂移控制區(qū)域與所述半導(dǎo)體襯底之間形成絕緣層，以將每個(gè)可切換半導(dǎo)體單元的所述漂移控制區(qū)域與所述半導(dǎo)體襯底電絕緣； 其中所述彎曲半導(dǎo)體部分形成在所述半導(dǎo)體層中，并且根據(jù)所述第一表面上的頂視圖，包括外彎曲邊界和內(nèi)邊界，并且其中所述彎曲半導(dǎo)體部分的摻雜濃度從所述外彎曲邊界到所述內(nèi)邊界增加。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層是外延層，并且其中形成所述絕緣層包括: 在所述外延層中形成多個(gè)溝槽； 在脫氧環(huán)境中以升高的溫度對(duì)所述半導(dǎo)體主體進(jìn)行回火，以引起所述外延層的半導(dǎo)體材料的表面遷移，直到所述半導(dǎo)體材料覆蓋所述溝槽以形成彼此橫向隔開并且包括表面的相應(yīng)空腔； 使所述空腔的表面氧化以形成所述絕緣層。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層為外延層，并且其中公共絕緣層形成在所述漂移區(qū)域與所述半導(dǎo)體襯底之間以及所述漂移控制區(qū)域與所述半導(dǎo)體襯底之間，所述方法進(jìn)一步包括: 在所述外延層中形成多個(gè)緊密間隔開的溝槽； 在脫氧環(huán)境中以升高的溫度對(duì)所述半導(dǎo)體主體進(jìn)行回火，以引起所述外延層的半導(dǎo)體材料的表面遷移，直到所述緊密間隔的溝槽聯(lián)合成單個(gè)空腔，所述單個(gè)空腔由所述外延層的半導(dǎo)體材料覆蓋； 使所述單個(gè)空腔的表面氧化以形成所述絕緣層。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中形成所述絕緣層包括: 在所述半導(dǎo)體主體的第二表面中形成凹陷，所述凹陷延伸直到所述漂移控制區(qū)域和所述漂移區(qū)域。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括在所述凹陷中形成絕緣層。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中形成所述彎曲半導(dǎo)體部分包括: 提供掩膜，所述掩膜包括在所述半導(dǎo)體主體的第一表面上的多個(gè)窗口，所述多個(gè)窗口的尺寸、數(shù)量和形狀中的至少一項(xiàng)從所述內(nèi)邊界到所述外彎曲邊界變化； 將摻雜劑注入到所述半導(dǎo)體層中；以及 使所述半導(dǎo)體層退火以擴(kuò)散注入的所述摻雜劑。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中形成所述彎曲半導(dǎo)體部分包括: 提供第一掩膜，所述第一掩膜具有第一窗口，所述第一窗口使得所述彎曲半導(dǎo)體部分的與所述內(nèi)邊界相鄰的內(nèi)部分未被掩蔽； 使用所述第一掩膜作為注入掩膜注入摻雜劑； 提供第二掩膜，所述第二掩膜具有第二窗口，與所述第一掩膜的第一窗口相比，所述第二窗口更多地延伸到所述彎曲半導(dǎo)體部分的外邊界，所述第二掩膜使得所述彎曲半導(dǎo)體部分的與所述彎曲半導(dǎo)體部分的內(nèi)部分相鄰的另一部分未被掩蔽； 使用所述第二掩膜作為注入掩膜注入摻雜劑； 對(duì)所述半導(dǎo)體層進(jìn)行退火以擴(kuò)散注入的所述摻雜劑。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK104134692SQ201410177306
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月30日
【發(fā)明者】A·毛德, N·西森, R·威斯 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利有限公司