软开关半导体器件及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有低开关损耗的软开关半导体器件以及一种用于生产这样的 半导体器件的方法。
【背景技术】
[0002] 常规半导体器件经常趋向于显示出具有明显振荡和/或开关损耗的开关表现。
[0003] 因此，存在对改进的半导体器件以及用于生产改进的半导体器件的方法的需要。
【发明内容】
[0004] 第一方面涉及一种半导体器件。该半导体器件具有半导体主体，该半导体主体具 有第一侧以及与该第一侧相对的第二侧。该第二侧在第一垂直方向远离该第一侧而被布 置。该半导体器件进一步具有整流结、被布置在该半导体主体中的场停止区以及在该整流 结和该场停止区之间、被布置在该半导体主体中的漂移区。该半导体主体沿平行于该第一 垂直方向延伸的直线具有净掺杂浓度N net。由此，应用（a)和（b)中的至少一个：
[0005] a.该漂移区在第一深度处具有掺杂电荷重心，其中在该整流结和该掺杂电荷重心 之间的距离小于该漂移区在该第一垂直方向的厚度的37% ;
[0006] b.该净掺杂浓度的绝对值沿该直线并且在该漂移区之内具有局部最大值。
[0007] 第二方面涉及一种用于生产半导体器件的方法。该方法包括步骤：提供半导体载 体，在该半导体载体上生产半导体架构，由此在该半导体载体上外延生长晶体半导体结构， 并且然后去除该半导体载体以使得留下半导体器件，该半导体器件具有半导体主体，该半 导体主体具有第一侧以及与该第一侧相对的第二侧。该第二侧在第一垂直方向远离该第一 侧而被布置。该半导体器件进一步具有整流结、被布置在该半导体主体中的场停止区以及 在该整流结和该场停止区之间、被布置在该半导体主体中的漂移区。该场停止区和该漂移 区二者具有第一导通类型。该半导体主体沿平行于该第一垂直方向延伸的直线具有净掺杂 浓度N net。由此，应用（a)和（b)中的至少一个：
[0008] c.该漂移区在第一深度处具有电荷掺杂重心，其中在该整流结和该掺杂电荷重心 之间的距离小于该漂移区在该第一垂直方向具有的厚度的37% ;
[0009] d.该净掺杂浓度的绝对值沿该直线并且在该漂移区之内具有局部最大值。
[0010] 第三方面涉及一种用于生产半导体器件的方法。该方法包括步骤：提供半导体主 体，该半导体主体具有第一侧以及与该第一侧相对的第二侧。将导致第一导通类型的电活 性第一掺杂物和第一导通类型的电活性第二掺杂物通过该第一侧扩散到该半导体主体中。 该第一掺杂物在该半导体主体中具有比该第二掺杂物的扩散系数更高的扩散系数。另外， 产生整流结以及被布置在该半导体主体中的该第一导通类型的场停止区。所产生的半导体 主体进一步具有在该整流结和高场停止区之间、被布置在该半导体主体中的该第一导通类 型的漂移区。所完成的半导体器件具有半导体主体，该半导体主体具有第一侧以及与该第 一侧相对的第二侧。该第二侧在第一垂直方向远离该第一侧而被布置。该半导体器件进一 步具有整流结、被布置在该半导体主体中的场停止区以及在该整流结和场停止区之间、被 布置在该半导体主体中的漂移区。该场停止区和该漂移区二者具有第一导通类型。该半导 体主体沿平行于该第一垂直方向延伸的直线具有净掺杂浓度N net。由此，应用（a)和（b)中 的至少一个：
[0011] e.该漂移区在第一深度处具有掺杂电荷重心，其中在该整流结和该掺杂电荷重心 之间的距离小于该漂移区在第一垂直方向具有的厚度的37% ;
[0012] f.该净掺杂浓度的绝对值沿该直线并且在该漂移区之内具有局部最大值。
【附图说明】
[0013] 以下参考随后的附图对本发明的示例性实施例进行了更为详细地说明。附图用于 图示出基本原则，从而使得仅图示出理解该基本原则所必须的方面。附图并非依比例绘制。 在附图中相同的附图标记表示同样的特征。
[0014] 图1是根据第一实施例的半导体器件的截面的截面图。
[0015] 图2是本发明的半导体器件的掺杂分布的示例。
[0016] 图3是根据第二实施例的半导体器件的截面的截面图。
[0017] 图4是根据第三实施例的半导体器件的截面的截面图。
[0018] 图5是图3和图4的半导体器件的第一示例分别沿横截面El-El和E2-E2的截面 图。
[0019] 图6是图3和图4的半导体器件的第二示例分别沿横截面El-El和E2-E2的截面 图。
[0020] 图7是根据第四实施例的IGBT的截面的截面图。
[0021] 图8是图7的IGBT的第一示例沿横截面E3-E3的截面图。
[0022] 图9是图7的IGBT的第二示例沿横截面E3-E3的截面图。
[0023] 图10是本发明的半导体器件具有的掺杂分布的另外的示例，其中该掺杂分布在 漂移区内具有阶梯形状的进程（course)。
[0024] 图11是本发明的半导体器件具有的掺杂分布的另外的示例，其中该掺杂分布在 漂移区内具有柱形（column)的进程。
[0025] 图12A-图12G图示了用于生产根据第一方面的半导体器件的可能的方法的不同 步骤。
[0026] 图13A-图13C图示了用于产生少数电荷载子递送结构的方法的不同步骤。
[0027] 图14A-图14B图示了用于产生场停止区的方法的不同步骤。
[0028] 图15A-图15H图示了用于生产根据第一方面的半导体器件的另外的可能的方法 的不同步骤。
[0029] 图16A-图16C图示了用于生产具有漂移区的半导体器件的不同步骤，该漂移区具 有深位于半导体主体之中的最大掺杂浓度。
[0030] 图17A-图17B图示了用于在所要生产的半导体器件的漂移区内局部地增大掺杂 浓度的方法。
[0031] 图18A-图18D图示了用于局部地产生场停止区的各种方法。
[0032] 图19图示了具有垂直边缘终止的半导体器件的截面。
[0033] 图20A示出了具有其净掺杂浓度恒定的漂移区的常规二极管的开关表现。
[0034] 图20B示出了根据图20A但是附加地具有嵌入在场停止区之中的少数电荷载子递 送结构。
[0035] 图20C示出了具有其掺杂电荷重心距整流结的距离小于漂移区的厚度的37%的 的漂移区的二极管的开关表现。
[0036] 图21示出了根据本发明的二极管与常规二极管相比的阻塞表现。
[0037] 图22图示了具有图2、图10和图11的掺杂分布的半导体器件在整流结被反向偏 置时的电场。
[0038] 图23比较了具有少数电荷载子递送结构的二极管的关闭表现和不具有少数电荷 载子递送结构的二极管的关闭表现，其中关闭在每种情形中都以该二极管的额定电流发 生。
[0039] 图24图示了电荷载子递送结构对于图23的二极管的关闭表现的影响，但是其中 关闭以该二极管的额定电流的十分之一发生。
[0040] 图25图示了根据图2的半导体器件的漂移区的不同掺杂分布，该不同掺杂分布在 漂移区中具有不同的净掺杂浓度的梯度。
[0041] 图26图示了在图25的半导体器件被关闭时出现的峰值电压。
[0042] 图27针对图25的掺杂分布图示了漂移区的累积的掺杂剂量。
[0043] 图28图示了用于图27的半导体器件的漂移区的掺杂电荷重心的位置。
[0044] 图29针对图2、图10和图11的掺杂分布图示了漂移区的累积的掺杂剂量。
[0045] 在附图中，除非另外有所指示，否则相同的附图标记指代具有同样含义的相同晶 片分区或器件分区。
【具体实施方式】
[0046] 在以下【具体实施方式】中，对附图进行参考，该附图形成以下【具体实施方式】的一部 分并且其中通过图示而示出了其中可以实践本发明具体实施例。将理解的是，除非另外明 确指出，否则这里所描述的各个示例性实施例的特征可以互相组合。
[0047] 图1是半导体器件1的截面的截面图，该半导体器件1可以是单独的半导体器件 或者是被单片集成在共用半导体晶片中的多个相同或不相同的半导体器件之一。
[0048] 在任何情况下，半导体器件1具有半导体主体100,半导体主体100具有第一侧 101以及与第一侧101相对的第二侧102。第二侧102在可以垂直于第二侧102延伸的第 一垂直方向vl远离第一侧101而被布置。就此而言，要注意到的是，第一垂直方向vl并不 仅包括轴线而且还包括方位。这意味着第一侧101并未在第一垂直方向Vl而是在相对的 方向远离第二侧102而被布置。可选地，第一侧101和第二侧102之一或二者可以是平面 或基本上平面的并且互相平行地延伸。
[0049] 在深度dill处，半导体器件1具有整流结111，其在这里为pn结。除非另外有所 指出，否则本发明意义下的"深度"要在相对于第一侧101的第一垂直方向vl被确定。在 整流结111和第二侧102之间，具有第一导通类型（这里为"η-"）的漂移区118临近整流 结111而被布置。半导体器件1进一步具有为第一导通类型（这里为"η+"）并且与整流结 111相对地与漂移区118相接的场停止区119。也就是说，漂移区118被布置在整流结111 和场停止区119之间。
[0050] 第一主电极151被布置在第一侧101上，并且第二主电极152在第二侧102上。第 一电极151和第二电极152可以是金属电极。在所图示的实施例中，半导体器件1是二极 管，其中第一主电极151是阳极电极并且第二主电极152是阴极电极。
[0051] 该器件还可以包括被布置在漂移区118和第二侧102之间的射极区152。这样的 射极区125具有高于漂移区118的掺杂浓度并且与第二主电极102形成欧姆接触。射极区 125的植入植入的掺杂物原子的剂量可以在1 · IO15Cm 2至5 · 10 15cm 2 (lE15cm 2至5E15cm 2) 的范围中。
[0052] 射极区125的导通类型可以取决于半导体器件1的类型。在二极管的情况下，射 极区125具有与漂移区118相同的导通类型。如果半导体器件1具有场停止区119,则射极 区125被布置在场停止区119和第二侧102之间。
[0053] 在所图示的实施例中，整流pn结111被形成于漂移区118和重度掺杂（这里为 P+)的半导体区117之间，半导体区117具有与第一导通类型互补的第二导通类型并且被布 置在第一侧101和漂移区118之间。重度掺杂（这里为p+)的半导体区117也被称作"主 体区"。
[0054] 作为整流pn结的备选，整流结111还可以是Schottky结。在这种情况下，dill将 等于〇并且第一主电极151将是Schottky金属电极。在Schottky结111的情况下，不存 在半导体区117,从而使得第一主电极151直接接触漂移区118,这意味着漂移区118与第 一侧101延伸得同样远。
[0055] 半导体主体100在第一垂直方向vl，沿着平行于第一垂直方向vl延伸的直线g具 有净掺杂浓度N net，净掺杂浓度Nnet是供体的浓度N D与受主的浓度N A之间的差值N D-NA。图 1的半导体主体100沿直线g的净掺杂浓度Nne