电荷补偿器件及其制造

电荷补偿器件及其制造
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例涉及具有电荷补偿结构的场效应半导体器件及其制造方法，尤其 涉及在有源区具有电荷补偿结构的功率半导体器件。
【背景技术】
[0002] 半导体晶体管，尤其是场效应控制开关器件(诸如金属氧化物半导体场效应晶体 管（M0SFET)或绝缘栅双极晶体管（IGBT))已经用于各种应用，这些应用包括但不限于在电 源和电源转换器、电动汽车、空调以及甚至立体声系统中作为开关使用。尤其是关于能够切 换大电流和/或操作在较高电压、低通态电阻Ron、高击穿电压Ubd、高鲁棒性和/或好的柔 软性的功率器件经常是需要的。
[0003] 为了实现低通态电阻Ron和高击穿电压Ubd，开发了补偿半导体器件。补偿原理是 基于垂直M0SFET的漂移区中的η和p掺杂区（这经常也被称为η和p掺杂柱区）中的电荷 的相互补偿。
[0004] 通常，将由ρ型和η型区形成的电荷补偿结构布置在实际M0SFET结构（具有其源 区、基区和栅区）的下方，并且也在半导体器件的半导体体积中彼此紧挨着布置的或以这样 一种方式(在截至状态，它们的电荷可以相互耗尽，并且在激活状态或导通状态，从靠近表 面的源极到布置在背面上的漏极产生出连续的、低阻抗的传导通路）彼此交错的相关联的 M0S沟道的下方。
[0005] 借助于ρ型和η型掺杂的补偿，载流区的掺杂在补偿元件的情况下可以显著地增 加，这导致了通态电阻Ron的显著减小，尽管损失了载流区。这种半导体功率器件的通态电 阻Ron的减小是与在导通状态由电流产生的热量的减少相关联的，以使得这种具有电荷补 偿结构的半导体功率器件与传统的半导体功率器件相比保持"凉爽"。
[0006] 同时，功率半导体器件的开关损耗变得更加重要。对于功率补偿器件，因为 在截止状态和反向偏置期间分别形成的存储在空间电荷区中的输出电荷Q。％而产生的"正 常"损耗和因为外围区中的浮动半导体区(浮动ρ掺杂柱区）而产生的所谓的被动损耗 (有时也被称为寄生损耗）Epas二者可导致开关损耗（Ea=E。％ +Epas)。为了确保高击穿电 压Ubd，浮动ρ掺杂柱区经常用在围绕具有垂直功率补偿器件的有源M0SFET单元的有源区 的外围区中。如果浮动P掺杂柱区在截止状态期间被耗尽，那么空穴必须流经低掺杂(高电 阻）的η型半导体区。这可导致比较高的被动损耗Epas。
[0007] 因此，有必要改进具有电荷补偿结构的半导体器件和那些半导体器件的制造。

【发明内容】

[0008] 依据电荷补偿半导体器件的实施例，所述电荷补偿半导体器件包括：具有第一表 面的半导体主体、在基本上平行于第一表面的水平方向上限定半导体主体的侧边缘、有源 区以及布置在有源区和侧边缘之间的外围区。源极金属化部布置在第一表面上。漏极金属 化部和源极金属化部相对布置。所述半导体主体进一步包括：与漏极金属化部欧姆接触的 漂移区以及其中每个与漂移区形成pn结的补偿区，该补偿区被布置在有源区和外围区中， 并且经由布置在有源区中并且具有比该补偿区更高的掺杂浓度的各主体区与源极金属化 部欧姆接触。在基本上平行于第一表面的水平横截面中，补偿区至少在各部分成形为以相 对于侧边缘以一个倾斜角度倾斜的方向取向的条带。
[0009] 依据电荷补偿半导体器件的实施例，所述电荷补偿半导体器件包括：具有第一表 面的半导体主体、在基本上平行于第一表面的水平方向上限定半导体主体的侧边缘、有源 区以及布置在有源区和侧边缘之间的外围区。源极金属化部布置在第一表面上。漏极金属 化部和源极金属化部相对布置。所述半导体主体进一步包括：与漏极金属化部欧姆接触的 第一导电类型的漂移区，以及多个嵌入在漂移区中并从有源区延伸到外围区的第二导电类 型的补偿区。在基本上垂直于第一表面的垂直横截面中，补偿区与部分漂移区交替。每个 补偿区经由具有比该补偿区更高的掺杂浓度的第二导电类型的各主体区与源极金属化部 欧姆接触。所述补偿区基本上平行于与第一表面基本上正交并且与侧边缘形成一锐角的平 面。
[0010] 依据用于制造电荷补偿半导体器件的方法的实施例，所述方法包括：提供包括第 一表面和延伸到第一表面的第一导电类型的漂移区的晶片；定义其中每个由各自的外围器 件区围绕的有源器件区；以及在第一表面上形成掩膜。当从上面看下来时，该掩膜包括：基 本上相互平行并且从其中一个有源器件区延伸到各自的外围器件区中的条形开口，或具有 两个从有源器件区延伸到各自的外围器件区中的臂的V形开口。所述方法进一步包括：形 成第二导电类型的补偿区；在第一表面上形成与补偿区欧姆接触的源极金属化部；形成与 源极金属化部相对并且与漂移区欧姆接触的漏极金属化部；以及将晶片分割成单个电荷补 偿半导体器件，以使所述电荷补偿半导体器件中的至少一个包括在基本上平行于第一表面 的水平方向上限定电荷补偿半导体器件并与垂直沟槽的侧壁形成一锐角的侧边缘。形成补 偿区包括：使用掩膜从第一表面到漂移区中蚀刻沟槽，以使每个沟槽包括与第一表面基本 上垂直的侧壁；使用外延沉积用第二导电类型的半导体材料填充沟槽；和/或使用作为注 入掩膜的掩膜将第二导电类型的掺杂物注入到漂移区中。
[0011] 在阅读下面的详细描述以及查看附图时，本领域技术人员将认识到附加的特征和 优点。
【附图说明】
[0012] 附图中的元件不一定按比例绘制，替代地，把重点放在说明本发明的原理上。此 外，在附图中，相同的附图标记指定对应的部分。在附图中： 图1图示出依据实施例的通过半导体器件的半导体主体的垂直横截面； 图2A图示出依据实施例的通过图1所示的半导体器件的半导体主体的水平横截面的 截面； 图2B图示出依据实施例的图1、2A所示的半导体器件的有源区和外围区的顶视图； 图3A图示出依据实施例的布置在图1-2B所示的半导体器件的半导体主体的第一表面 上的金属化部的顶视图； 图3B图示出图2A和3A的叠加图； 图4图示出依据实施例的通过半导体器件的半导体主体的垂直横截面； 图5图示出依据实施例的通过半导体器件的半导体主体的水平横截面的截面； 图6图示出依据实施例的通过半导体器件的半导体主体的水平横截面；以及 图7A至图11分别图示出在依据实施例的方法的方法步骤中通过半导体主体的垂直横 截面和顶视图。
【具体实施方式】
[0013] 在下面的【具体实施方式】中，对附图进行参考(这些附图于此形成一部分）并且在附 图中以图示的方式示出其中可实践本发明的特定实施例。在这点上，参照正在描述的一个 或多个附图的取向来使用方向术语(诸如"顶部"、"底部"、"正面"、"背面"、"前面"、"后面" 等)。由于可将实施例的元件定位在许多不同的取向中，所以方向术语是用于说明的目的而 决不是限制性的。将被理解的是，可以使用其他实施例并且在不脱离本发明的范围的情况 下可作出结构或逻辑上的改变。因此，下面的详细描述不应以限制性意义来理解，并且本发 明的范围由所附权利要求来定义。
[0014] 现在将对各种实施例进行详细地参考，其中一个或多个示例被图示在附图中。通 过说明的方式来提供每个示例，并且不意为本发明的限制。例如，图示或描述为一个实施例 的一部分的特征可用在其他实施例上，或者与其他实施例结合以产生又一个实施例。其意 在本发明包括这种修改和变体。示例使用特定的语言进行描述，这不应被解释为限制所附 权利要求的范围。附图不是按比例的，并且仅用于说明的目的。为了清楚起见，如果没有另 外说明，相同的元件或制造步骤已经通过不同附图中的相同的标记指定。
[0015] 如在本说明书中使用的术语"水平的"意在描述取向基本上平行于半导体衬底或 主体的第一或主水平表面。这例如可以是晶片或管芯的表面。
[0016] 如在本说明书中使用的术语"垂直的"意在描述基本上垂直于第一表面布置的取 向，即，平行于半导体衬底或主体的第一表面的法线方向。同样地，如在本说明书中使用的 术语"水平的"意在描述基本上平行于第一表面布置的取向。
[0017] 在本说明书中，半导体主体的半导体衬底的第二表面被认为是由下或背面形成 的，而所述第一表面被认为是由半导体衬底的上、前或主表面形成的。如在本说明书中使用 的术语"上面"和"下面"因此描述一个结构特征相对于考虑这一取向的另一个结构特征的 位置。
[0018] 在本说明书中，η掺杂被称为第一导电类型，而P掺杂被称为第二导电类型。可替 代地，半导体器件可使用相反的掺杂关系来形成，以使得第一导电类型可以是Ρ掺杂，以及 第二导电类型可以是η掺杂。此外，一些附图通过掺杂类型旁边的指示或" + "来说明 相对掺杂浓度。例如，"η"指掺杂浓度小于"η"掺杂区的掺杂浓度，而"η+"掺杂区具有比 "η"掺杂区更大的掺杂浓度。然而，指示相对掺杂浓度并不意味着相同相对掺杂浓度的掺杂 区必须具有相同的绝对掺杂浓度，除非另有说明。例如，两个不同的η+掺杂区可以具有不 同的绝对掺杂浓度。例如，这同样适用于η+掺杂和ρ+掺杂区。
[0019] 在本说明书中描述的特定实施例涉及(不限于此）场效应半导体器件，尤其涉及场 效应补偿半导体器件及其制造方法。在本说明书内，术语"半导体器件"和"半导体元件"同 时使用。场效应半导体器件通常为垂直半导体器件，诸如垂直M0SFET，其具有布置在第一表 面上的绝缘栅极和源极金属化部，以及布置在与第一表面相对布置的第二表面上的漏极金 属化部。通常，场效应半导体器件为具有有源区的功率半导体器件，该有源区具有多个用于 承载和/或控制负载电流的MOSFET单元。此外，功率半导体器件通常具有外围区，该外围 区具有至少一个当从上面看下来时至少部分地围绕有源区的边缘终止结构。