具有场电极结构的半导体器件的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]诸如IGFET (绝缘栅场效应晶体管)和IGBT (绝缘栅双极晶体管)的功率半导体器件是典型垂直器件，其具有在半导体管芯的前侧处的第一表面和在背侧处的第二表面之间的负载电流流动。在阻断模式中，从前侧延伸到半导体管芯中的条形补偿结构耗尽在半导体管芯中的漂移区。所述补偿结构允许在漂移区中的更高的掺杂剂浓度而对阻断能力没有不利影响。更高的掺杂剂浓度进而减少器件的开态电阻。
[0002]期望提供具有低欧姆损耗的可靠的半导体器件。
【发明内容】
[0003]用独立权利要求的主题来实现该目标。从属权利要求涉及进一步的实施例。
[0004]根据实施例，半导体器件包含具有台面区段的半导体本体，所述台面区段包含整流结构和第一漂移区区段。所述台面区段包围场电极结构，所述场电极结构包含场电极和夹在所述场电极和所述半导体本体之间的场电介质。在平行于所述半导体本体的第一表面的测量平面中的所述场电极的最大水平延伸是至多500 nm。
[0005]根据另一个实施例，电子组件包含半导体器件，所述半导体器件包含具有台面区段的半导体本体。所述台面区段包含整流结构和第一漂移区区段。所述台面区段包围场电极结构，所述场电极结构包含场电极和夹在所述场电极和所述半导体本体之间的场电介质。在平行于所述半导体本体的第一表面的测量平面中的所述场电极的最大水平延伸是至多 500 nm。
[0006]根据另一个实施例，半导体器件包含具有台面区段的半导体本体。每个台面区段包含整流结构和第一漂移区区段。至少分节段的条形场电极结构被夹在台面区段中的两个之间并且包含场电极和夹在所述场电极和所述半导体本体之间的场电介质。在平行于所述半导体本体的第一表面的测量平面中的所述场电极的水平宽度是至多100 nm。
[0007]在阅读下面的具体描述时并且在查看附图时，本领域中的技术人员将认识附加的特征和优点。
【附图说明】
[0008]附图被包含以提供本发明的进一步理解并且被结合在本说明书中并组成本说明书的一部分。附图图解本发明的实施例并且与本描述一起用来解释本发明的原理。本发明的其他实施例和预期优点将容易被领会到，由于通过参考下面的具体描述它们变得更好理解。
[0009]图1A是与针形场电极相关的根据实施例的半导体器件的部分的示意性水平横截面视图。
[0010]图1B是沿着线B-B的图1A的半导体器件部分的示意性垂直横截面视图。
[0011]图1C是图1A的半导体器件部分的示意性透视图。
[0012]图2A是根据实施例的如在图1A到1B中图解的晶体管单元的示意性布局，其中所述晶体管单元被布置在矩阵中。
[0013]图2B是根据实施例的如在图1A到1B中图解的晶体管单元的示意性布局，其中所述晶体管单元被沿着移位线布置。
[0014]图3A是与形成在各自的晶体管单元的场电极和台面区段之间的环形栅极电极相关的根据实施例的半导体器件的部分的示意性水平横截面视图。
[0015]图3B是沿着线B-B的图3A的半导体器件部分的示意性垂直横截面视图。
[0016]图4A是根据实施例的如在图3A到3B中图解的晶体管单元的示意性布局，其中所述晶体管单元被布置在矩阵中。
[0017]图4B是根据实施例的如在图3A到3B中图解的晶体管单元的示意性布局，其中所述晶体管被沿着移位线布置。
[0018]图5A是与条形栅极结构和空间分离的针形场电极相关的根据实施例的半导体器件的部分的示意性透视图。
[0019]图5B是与条形场电极相关的根据实施例的半导体器件的部分的示意性透视图。
[0020]图6是与开关模式电源和电动机驱动相关的根据实施例的电子组件的示意性电路图。
[0021]图7A是与开关模式电源相关的根据实施例的电子组件的示意性电路图。
[0022]图7B是与微逆变器相关的根据实施例的电子组件的示意性电路图。
[0023]图7C是与DC到DC变换器相关的根据实施例的电子组件的示意性电路图。
【具体实施方式】
[0024]在下面的具体描述中，参考了形成所述具体描述的一部分的附图，并且在所述附图中通过图解的方式示出在其中可以实践本发明的特定实施例。要理解的是在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构的或逻辑的改变。例如，针对一个实施例图解或描述的特征能够被用在其他实施例上或结合其他实施例使用以产生又进一步的实施例。旨在本发明包含这样的修改和变化。使用特定的语言描述示例，这不应该被解释为限制所附权利要求的范围。附图不是成比例的并且所述附图仅为了图解性目的。为了清楚起见，如果不另外声明，相同的元件通过在不同的附图中的相应的参考被指定。
[0025]术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是开放性的，并且所述术语指示声明的结构、元件或特征的存在但是不排除附加的元件或特征。冠词“一”、“一个”和“该”旨在包含复数以及单数，除非上下文清楚地另外指示。
[0026]术语“电气连接”描述在电气连接的元件之间的持久的低欧姆连接，例如在有关元件之间的直接的接触或经由金属和/或高度掺杂的半导体的低欧姆连接。术语“电气耦合”包含可以在电气耦合的元件之间提供适合于信号传输的一个或多个介入元件，例如可控以暂时提供在第一状态中的低欧姆连接和在第二状态中的高欧姆电去耦合的元件。
[0027]附图通过指示紧接着掺杂类型“η”或“p”的或“ + ”来图解相对掺杂浓度。例如，“η ”意指掺杂浓度低于“η”掺杂区的掺杂浓度，而“η+”掺杂区比“η”掺杂区具有更高的掺杂浓度。相同的相对掺杂浓度的掺杂区未必具有相同的绝对掺杂浓度。例如两个不同的“η”掺杂区可以具有相同的或不同的绝对掺杂浓度。
[0028]图1Α到1C涉及包含多个同样的晶体管单元TC的半导体器件500。所述半导体器件500可以是或可以包含IGFET，例如MOSFET(金属氧化物半导体FET)，在平常含义中包含具有金属栅极的FET以及具有非金属栅极的FET。根据另一个实施例，所述半导体器件500可以是IGBT。
[0029]半导体器件500基于来自单晶半导体材料诸如硅(Si)、碳化硅(SiC)、锗(Ge)、锗化硅晶体(SiGe )、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs )或任何其他AmBv半导体的半导体本体100。
[0030]半导体本体100具有:第一表面101，其可以是近似平面的或可以由平面限定，所述平面由共面的表面区段横跨；以及平面的第二表面102，平行于第一表面101。选择在第一和第二表面101、102之间的距离以实现指定的电压阻断能力，并且所述距离可以是至少20 μ m。根据其他实施例，所述距离可以在几百μπι的范围中。相对于第一和第二表面101、102倾斜的横向表面连接第一和第二表面101、102。
[0031]在与横截面平面垂直的平面中，所述半导体本体100可以具有矩形的形状，所述矩形的形状具有几毫米的边缘长度。第一表面101的法线限定垂直的方向并且与所述垂直的方向正交的方向是水平方向。
[0032]所述半导体本体100包含第一传导类型的漏极结构120以及在所述漏极结构120和第二表面102之间的第一传导类型的接触部分130。所述漏极结构120包含漂移区121，在所述漂移区121中至少在它的垂直延伸的部分处随着到第一表面101的增加的距离，掺杂剂浓度可以逐渐地或逐步地增加或减少。根据其他实施例，在漂移区121中的掺杂剂浓度可以是近似均匀的。漂移区121中的平均掺杂剂浓度可以在1Ε15 cm 3和1E17 cm 3之间，例如在从5E15 cm$lj5E16 cm 3的范围中。漏极结构120可以包含进一步的掺杂区，例如将所述漂移区121与所述接触部分130分离的场阻止层128。场阻止层128中的平均掺杂剂浓度可以是漂移区121中的平均杂质浓度的至少五倍并且是接触部分130中的最大掺杂剂浓度的至多五分之一。
[0033]接触部分130可以是重掺杂基底衬底或重掺杂层。沿着第二表面102，接触部分130中的掺杂剂浓度是足够高的以与直接邻接第二表面102的金属形成欧姆接触。在所述半导体本体100基于硅的情况下，在η传导接触部分130中，沿着第二表面102的掺杂剂浓度可以是至少1Ε18 Cm3，例如至少5E19 cm3。在p传导接触部分130中，掺杂剂浓度可以是至少1E16 cm3，例如至少5E17 cm3。
[0034]每个晶体管单元TC包含场电极结构160，其从第一表面101延伸到半导体本体100中下至底部平面BPL。在第一表面101和埋入的末端部分之间的场电极结构160的部分可以具有近似垂直的侧壁或可以关于第一表面101以例如89度的角度轻微地变尖(taper)ο所述侧壁可以是直的或轻微膨胀的(bulgy)。
[0035]场电极结构160分别包含传导的针状的或针形的场电极165和包围所述场电极165的场电介质161。场电极165包含以下层或由以下层组成:重掺杂的多晶硅层和/或含有金属的层