具有可变电阻元件的半导体器件的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]功率半导体器件的典型规格参数涉及阻断能力、静态损耗、切换损耗以及雪崩和短路耐受度。改进这些器件特性中的一个常常不利地影响到其它器件特性中的至少一个。
[0002]期望提供具有改进规格的半导体器件。
【发明内容】
[0003]该目标通过独立权利要求的主题内容来实现。从属权利要求涉及进一步实施例。
[0004]根据实施例，半导体器件包括半导体主体，该半导体主体包括与发射极区域形成pn结的漂移区。第一负载电极在半导体主体的前侧。第二负载电极在与前侧相对的半导体主体的背侧。一个或多个可变电阻元件电连接在漂移区和第一和第二负载电极中的一个之间的受控路径中。
[0005]根据另一实施例，绝缘栅双极晶体管包括半导体主体，该半导体主体包括与发射极区域形成pn结的漂移区。第一负载电极在半导体主体的前侧。第二负载电极在与前侧相对的半导体主体的背侧。一个或多个可变电阻元件电连接在漂移区和第一和第二负载电极中的一个之间的受控路径中。
[0006]本领域技术人员在阅读下面的详细描述并且查看附图时将认识到附加的特征和优点。
【附图说明】
[0007]将附图包括进来以提供对本发明的进一步理解，附图被包含进来并且构成本说明书的一部分。附图图示了本发明的实施例并且和下面的描述一起用于解释本发明的原理。本发明的其它实施例和预期的优势将容易理解，因为通过参考下面的详细描述它们变得更好理解。
[0008]图1A是根据实施例的半导体器件的一部分的简化垂直横截面视图，该实施例涉及电气地布置在第一负载电极和漂移区之间的受控路径中的可变电阻元件。
[0009]图1B是根据实施例的半导体器件的一部分的简化垂直横截面视图，该实施例涉及电气地布置在漂移区和第二负载电极之间的受控路径中的可变电阻元件。
[0010]图2A是根据实施例的具有两个分立元件电极的可变电阻元件的一部分的示意性横截面视图。
[0011]图2B是根据另一实施例的具有一个直接毗连负载电极的分立元件电极的可变电阻元件的示意性垂直横截面视图。
[0012]图2C是根据进一步实施例的具有一个直接毗连漂移区或发射极区域的分立元件电极的可变电阻元件的示意性垂直横截面视图。
[0013]图2D是根据进一步实施例的不具有分立元件电极的可变电阻元件的示意性垂直横截面视图。
[0014]图3A是根据实施例的半导体器件的一部分的简化的示意性横截面视图，该实施例涉及与漂移区和第二负载电极之间的二极管并联连接的可变电阻元件。
[0015]图3B是根据实施例的半导体器件的一部分的简化的示意性横截面视图，该实施例涉及与漂移区和第二负载电极之间的受控路径中的二极管串联连接的可变电阻元件。
[0016]图3C是根据实施例的半导体器件的一部分的简化的示意性横截面视图，该实施例涉及与第一负载电极和漂移区之间的受控路径中的二极管串联连接的可变电阻元件。
[0017]图4A是根据实施例的IGBT(绝缘栅双极晶体管)的一部分的示意性横截面视图，其具有基于连接在第二负载电极和包括漂移区的漂移结构之间的可变电阻元件的可控电荷载流子发射极。
[0018]图4B示出根据实施例的图4A的可变电阻元件的细节，该实施例涉及沿着所涉及的负载电极布置的元件基体。
[0019]图4C示出根据实施例的图4A的可变电阻元件的细节，该实施例涉及沿着漂移结构布置的元件基体。
[0020]图4D示出根据实施例的图4A的可变电阻元件的细节，该实施例涉及与所涉及的负载电极和漂移结构两者隔开的元件基体。
[0021]图5A是根据实施例的IGBT的一部分的示意性横截面视图，其具有基于连接在第二负载电极和包括漂移区的漂移结构之间的可变电阻元件的自控制短路。
[0022]图5B示出根据实施例的图5A的可变电阻元件的细节，该实施例涉及沿着所涉及负载电极布置的元件基体。
[0023]图5C示出根据实施例的图5A的可变电阻元件的细节，该实施例涉及沿着所述漂移结构形成的元件基体。
[0024]图f5D示出根据实施例的图5A的可变电阻元件的细节，该实施例涉及与所述漂移结构和所涉及的负载电极两者隔开的元件基体。
[0025]图6A是根据实施例的IGBT的一部分的示意性垂直横截面视图，该实施例涉及在背侧的可控电荷载流子发射极。
[0026]图6B是根据实施例的IGBT的一部分的示意性垂直横截面视图，该实施例涉及在背侧的可控电荷载流子发射极以及具有水平和垂直部分的元件基体。
[0027]图6C是根据实施例的IGBT的一部分的示意性垂直横截面视图，该实施例涉及在背侧的自控制短路。
[0028]图6D是根据实施例的IGBT的一部分的示意性垂直横截面视图，该实施例涉及在前侧的沿着第一负载电极的自控制短路。
[0029]图6E是根据实施例的IGBT的一部分的示意性垂直横截面视图，该实施例涉及在前侧的自控制和可复位的短路。
[0030]图6F是根据实施例的IGBT的一部分的示意性垂直横截面视图，该实施例涉及在前侧的沿着漂移区的自控制短路。
[0031]图7A是根据实施例的IGBT的一部分的示意性垂直横截面视图，该实施例在背侧结合自控制短路和自适应电荷载流子发射极。
[0032]图7B是根据实施例的IGBT的一部分的示意性垂直横截面视图，该实施例结合自控制短路和自约束短路。
[0033]图8是根据进一步实施例的功率半导体二极管的一部分的示意性垂直横截面视图。
【具体实施方式】
[0034]在下面的详细描述中，对附图进行参考，附图形成详细描述的一部分，并且在其中通过图示的方式示出了其中可以实施本发明的特定实施例。应理解可以利用其它实施例并且在不背离本发明范围的情况下可以做出结构或逻辑上的改变。例如，针对一个实施例图示或描述的特征可以用在其它实施例上或与其它实施例相结合以产生另一实施例。预期本发明包括这样的修改和变型。使用特定语言描述示例，这不应解释为限制所附权利要求的范围。附图未按比例尺绘制并且只用于图示目的。为了清楚，如果没有另外陈述，在不同的附图中相同的元件通过对应的附图标记标明。
[0035]术语“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等是开放的，并且术语指示存在所述的结构、元件或特征，但是不排除附加的元件或特征。冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括复数以及单数，除非上下文清楚地另外指示。
[0036]术语“电连接”描述电连接元件之间的永久低欧姆连接，例如所涉及元件之间的直接接触或经由金属和/或高度掺杂的半导体的低欧姆连接。术语“电耦合”包括适于信号传输的一个或多个居间元件可以提供在电耦合的元件之间，例如可控地临时提供第一状态的低欧姆连接和第二状态的高欧姆电解耦的元件。
[0037]附图通过在掺杂类型“η”或“p”的旁边指示或“ + ”来图示相对掺杂浓度。例如，〃η 〃指示低于〃η〃掺杂区域的掺杂浓度的掺杂浓度，而〃η+〃掺杂区域具有比〃η〃掺杂区域高的掺杂浓度。相同相对掺杂浓度的掺杂区域不必具有相同的绝对掺杂浓度。例如，两个不同的"η"掺杂区域可以具有相同或不同的绝对掺杂浓度。
[0038]图1A至IB涉及半导体器件500，例如包括多个同样的IGFET (绝缘栅场效应晶体管)单元(cel I)的半导体开关器件。半导体器件500可以是或可以包括功率半导体开关器件，例如诸如通常意义上的MOSFET (金属氧化物半导体FET)的IGFET，其包括具有金属栅的FET以及具有非金属栅的FET。根据另一实施例，半导体器件500可以是IGBT (绝缘栅双极晶体管)。
[0039]半导体器件500基于半导体主体100，该半导体主体100来自单晶半导体材料例如硅(Si )、碳化硅(SiC)、锗(Ge)、锗化硅(SiGe)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)或任何其它八工工而半导体。
[0040]半导体主体100具有第一表面101，该第一表面101可以近似是平的，或可以通过由共面的表面部段(sect1n)横跨的平面限定。平的第二表面102平行于第一表面101延伸。第一和第二表面101、102之间的距离是半导体器件500的电压阻断能力的函数，并且可以是至少20μπι。根据其它实施例，所述距离可以在几百μπι范围内。
[0041]在平行于第一表面101的平面中，半导体主体100可以具有边长为几毫米的矩形形状。第一表面101的法线限定了垂直方向，正交于所述垂直方向的方向是水平方向