1.本公开涉及包括在有源区域中的器件的半导体管芯。
背景技术：
2.器件可以例如包括在沟道区旁边、用以控制电流流动的栅极区。此外，它包括在蚀刻到半导体本体中的场电极沟槽中的场电极区，其例如可以增加击穿电压。
技术实现要素：
3.本技术的目的是提供一种具有改进的特性的半导体管芯。
4.该目的通过权利要求1的半导体管芯来实现，该半导体管芯具有堆叠在场电极沟槽中的至少两个场电极。此外，管芯包括具有至少两个屏蔽电极的边缘终止结构，所述至少两个屏蔽电极横向连续地布置在器件和管芯的横向边缘区之间，并且被配置为逐步降低边缘区和有源区域之间的电势。至少两个屏蔽电极彼此横向并排布置，例如在分离的沟槽中彼此紧邻，半导体本体的一部分布置在所述沟槽之间（例如在第二垂直截面中查看，详见下文）。
5.场电极沟槽中场电极的堆叠可以允许一系列低电压几何形状的集成，这些低电压几何形状一起支持更高的电压。这可以例如减小ron
·
a对击穿电压的依赖性，例如允许ron
·
a减小而同时保持一定的击穿电压，或者反之亦然，允许增加的击穿电压。与具有一个单一场电极的设计相比，堆叠的场电极可以在管芯的边缘区和有源区域之间产生更高的电压。结果，用一个单一屏蔽电极对有源区域进行横向屏蔽将例如需要相应更厚的氧化物，例如明显厚于有源区域中场电极的场氧化物。否则，通过将至少两个屏蔽电极横向连续地布置在器件和管芯的横向边缘之间，每个屏蔽电极仅必须支持边缘和有源区域之间的电势的一部分。这可以例如允许更薄的场电介质（与一个屏蔽电极设计相比），从而例如提高可制造性和/或允许更小的间距。
6.贯穿本公开，并且特别是在从属权利要求中，呈现了特定的实施例和特征。由此，将独立于特定的权利要求类别来公开各个特征，本公开涉及装置和器件方面，但也涉及方法和用途方面。如果例如描述了以特定方式制造的器件，则这也是相应制造过程的公开，并且反之亦然。一般来说，本技术提出了一种器件，该器件具有堆叠在一个沟槽中的至少两个场电极，其与边缘终止结构相结合，该边缘终止结构包括至少两个彼此横向并排的屏蔽电极，每个屏蔽电极被配置为仅支持具有器件的有源区域和管芯的边缘区之间的电势（例如漏极/源极电势）的一部分。
7.场电极“垂直堆叠”在场电极沟槽中，这意味着它们电容耦合到半导体本体的不同垂直区段，例如场电极沟槽垂直延伸到其中的漂移区的不同区段。具体地，第一场电极可以耦合到漂移区的第一区段，并且第二场电极可以耦合到其第二区段，第一区段布置在第二区段下面。除了垂直堆叠之外，场电极可以可选地相对于水平方向一个嵌套在另一个中，即形成垂直重叠，参见图1以获得说明（虚线）。这可以例如允许场电极之间的增加的或适应的
电容耦合，特别是在较大的有源区域中，使得有源区域和诸如终止的其他较小面积结构的组合的总电容比例如被适当地调整。
8.横向连续的屏蔽电极可以布置在如所提到的分离的沟槽中，或者布置在公共沟槽中，其中在同一沟槽中形成的一些屏蔽电极和在分离的沟槽中形成的另一个或其他（一个或多个）屏蔽电极的组合也是可能的，参见图3以获得说明。“横向”指的是垂直于垂直方向的横向方向。横向地，例如取管芯的区域。“垂直地”指的是垂直方向，其例如垂直于管芯的表面，例如半导体本体的前表面或背侧表面。“更深”或“在
……
下面”意味着离管芯或半导体本体的前侧更大的垂直距离，其中“在
……
上面”或“更高”意味着离前侧更小的垂直距离。
9.由于“横向连续”的布置，从边缘区朝向有源区域，水平直线可以一个接一个地与屏蔽电极相交，例如第二屏蔽电极在第一屏蔽电极之后，以及如果提供的话，第三屏蔽电极在第二屏蔽电极之后（以及第n屏蔽电极在第三屏蔽电极之后）。在两个相应的屏蔽电极之间，水平直线分别与相应的电介质材料（例如氧化硅）相交。在分离沟槽设计的情况下，它将另外在相应的两个屏蔽电极之间与半导体本体（例如p阱的相应部分）相交，例如在两个相应的屏蔽电极之间与电介质材料、半导体本体和电介质材料相交。通常，相应的水平直线平行于横向方向，例如平行于下面讨论的第一或第二横向方向。就垂直位置而言，水平直线可以例如布置在与器件的栅极电极相同的高度上，即在有源区域中与栅极电极相交，并且在边缘终止结构中与屏蔽电极相交。
10.除了场电极区之外，该器件还可以包括例如彼此横向并排的栅极和沟道区。栅极区可以包括栅极电极和将栅极电极电容耦合到沟道区的栅极电介质。通过向栅极电极施加电压，可以控制沟道路径形成和电流流动。栅极电极可以例如形成在蚀刻到半导体本体中的沟槽中，其中栅极和场电极区可以布置在分离的沟槽中，或者特别是在同一沟槽中，即场电极区在栅极区下面。
11.该器件具体地可以是包括源极区和漏极区的场效应晶体管。参照第一导电类型的源极和漏极区，沟道区可以形成在与第一导电类型相反的第二导电类型的本体区中。具体地，源极区可以形成在半导体本体的前侧，并且漏极区可以形成在其后侧，沟道区和漂移区垂直在之间布置，例如漂移区在沟道区和漏极区之间。漂移区也可以是第一导电类型，其中其掺杂剂浓度与漏极区相比更低。作为功率器件，这种晶体管可以例如具有至少10 v、20 v、30 v、40 v或50 v的击穿电压，可能的上限例如不超过800 v、600 v、400 v或200 v。
12.分别支持电势的一部分的屏蔽电极可以例如分别被偏置到电压≤v
ds
/2，例如被偏置到电压v
ds
/n，其中n是横向连续屏蔽电极的数量，并且v
ds
是漏源电压。通常，相应的偏置可以例如通过例如利用外部驱动器主动驱动屏蔽电极来实现。然而，具体地，可以使用分压器，例如电阻分压器（例如在慢速开关或稳态操作中）和/或电容分压器（例如在开关或快速开关操作中）。同样，堆叠的场电极可以例如被偏置到v
ds
/n，其中n是场电极沟槽中的场电极的总数。
13.在一个实施例中，第一屏蔽电极电连接到第一场电极，和/或第二屏蔽电极电连接到第二场电极。如果存在的话，第三屏蔽电极可以电连接到第三场电极，或者一般来说，第n屏蔽电极可以电连接到第n场电极。相应的布线可以例如在上面的金属化层中实现，相应的场和屏蔽电极例如经由垂直互连而连接到金属化层。替代地或附加地，例如对于至少一些
电极，布线可以在半导体本体内部垂直实现，例如在公共沟槽内部，见下文。
14.在一个实施例中，第一场电极布置在第二场电极垂直下面，即电容耦合到漂移区的第一区段，该第一区段布置在第二场电极所耦合到的第二区段下面。具体地，第一场电极可以是沟槽中最下面的场电极。如果存在的话，第三场电极布置在第二场电极上面，即耦合到布置在第二区段上面的漂移区的第三部分。一般来说，第（n+1）个场电极布置在第n个场电极上面。在本公开中通常可以是大于1的任何自然数，可能的上限例如是10、8或6。通常，屏蔽电极的总数特别地可以等于场电极的总数。
15.第一屏蔽电极可以布置在第二屏蔽电极的横向外部，并且第三屏蔽电极（如果存在的话）可以布置在第二屏蔽电极的横向内部。“横向外部”意味着更靠近横向边缘区，即更靠近管芯的横向边缘，而“横向内部”意味着更靠近有源区域和器件。就描述边缘终止结构的沟槽及其相对于彼此的布置而言，这指的是如在有源区域的一侧上形成的结构（例如，在垂直截面中看，有源区域的一侧上的屏蔽电极沟槽与其另一侧上的屏蔽电极沟槽没有区别）。一般来说，第（n+1）个屏蔽电极布置在第n个屏蔽电极的横向内部。
16.在一个实施例中，第一屏蔽电极在垂直方向上比第二屏蔽电极具有更大的延伸，第一屏蔽电极特别地可以比第二屏蔽电极垂直向下延伸得更深。第二屏蔽电极可以例如比第三屏蔽电极（如果存在的话）垂直向下延伸得更深。一般来说，第（n-1）个屏蔽电极可以比第n个屏蔽电极延伸得更深。虽然屏蔽电极具有不同的垂直延伸，但是它们的屏蔽电极沟槽特别地可以具有相同的垂直延伸，例如延伸到相同的深度。独立于这些细节，一个或多个屏蔽电极可以分别垂直向上延伸上至半导体本体的前侧，它们的上端特别地可以与前侧齐平并且在相同的垂直高度上。
17.在一个实施例中，例如在垂直截面中看，特别是在第一或第二垂直截面中看，第二屏蔽电极的下端被布置在与第二场电极的下端相同的垂直高度上，详见下文。替代地或附加地，第一场电极的下端可以被布置在与第一屏蔽电极的下端相同的垂直高度上，例如在第一垂直截面中看（参见图3以获得说明），和/或可以被布置在与形成在第二屏蔽电极下面的“另一场电极”的下端相同的垂直高度上，例如在第二垂直截面中看（参见图4以获得说明）。独立于这些细节，一个或多个屏蔽电极可以分别向上延伸上至半导体本体的前侧，它们的上端特别地可以与前侧齐平。
18.如已经讨论的，边缘终止结构可以另外包括在第二屏蔽电极横向内部（即在第二屏蔽电极和有源区域之间）的第三屏蔽电极。在场电极沟槽中，第三场电极可以形成在第二场电极上面，它特别地可以电连接到第三屏蔽电极。一般来说，第n个场电极可以布置在场电极沟槽中的第（n-1）个场电极上面，并且电连接到布置在第（n-1）个屏蔽电极横向内部的第n个屏蔽电极。
19.特定实施例涉及“第一垂直截面”中的设计或布置，其截面平行于垂直方向和第一横向方向。在第一横向方向上，场电极沟槽例如可以在有源区域中具有纵向延伸。在一个实施例中，在第一垂直截面中看，第一和第二屏蔽电极以及第三或第n个屏蔽电极（如果存在的话）布置在公共沟槽中。具体地，相同的细长沟槽可以延伸出有源区域直到边缘终止结构中，包括有源区域中的堆叠场电极和边缘终止结构中的横向连续屏蔽电极。
20.在特定实施例中，在公共沟槽中形成的第一屏蔽和场电极由相同的连续场电极材料制成。替代地或附加地，布置在公共沟槽中的第二屏蔽和场电极由相同的连续场电极材
料制成。一般来说，布置在公共沟槽中的第n个屏蔽和场电极可以由相同的连续场电极材料制成。“相同的连续场电极材料”可以例如在相应的屏蔽和场电极之间延伸而没有中断；一般来说，形成了中间没有材料边界的连续过渡。
21.通常，在第一垂直截面中看，布置在公共沟槽中的第一屏蔽和场电极可以具有基本上l形的轮廓。在一个实施例中，在第一垂直截面中看，第一屏蔽和场电极之间的过渡部分的上边缘具有弯曲形状。弯曲的形状可以形成在l轮廓的两个腿之间，导致凹形的上边缘。替代地或附加地，在第一垂直截面中看，过渡部分或第一屏蔽电极的下边缘可以具有凸形。这可以例如由蚀刻工艺步骤产生，例如由例如下面的屏蔽电极的沟槽蚀刻（特别是在底部屏蔽电极的情况下）或由各向同性凹部蚀刻产生（与通常可以作为替代的各向异性蚀刻相比，各向同性蚀刻例如可以具有更高的选择性si:sio2）。在上边缘和下边缘具有弯曲形状的情况下，它们可以具有相同或者特别地不同的半径，例如上边缘比下边缘具有更大的半径。
22.在一个实施例中，具有附加屏蔽电极的附加沟槽可以布置在横向外部，即比具有第一和第二屏蔽电极的公共沟槽更靠近管芯的横向边缘区。在第一垂直截面中看，附加沟槽通过半导体本体的一部分与公共沟槽分开。然而，附加屏蔽电极和第一屏蔽电极可以例如彼此电连接（处于相同的电势），例如经由上面的金属化层。在垂直顶视图中看，附加沟槽可以具有纵向延伸，例如垂直于具有屏蔽和场电极的公共/细长沟槽和/或平行于管芯的边缘。特别地，附加沟槽可以完全围绕有源区域，即形成封闭的线（并且当在第二垂直截面中查看时，包括例如第一屏蔽电极，详见下文）。
23.在环绕沟槽的横向内部，可以形成第二导电类型的阱区，其包括例如有源区域中的本体区，例如p阱。在横向外部，半导体本体也可以掺杂有例如也是第二导电类型，外部区特别地与内部阱区隔离。独立于这些细节，附加沟槽可以具有与公共沟槽相同的垂直延伸，或者特别地可以延伸得更深。结果，附加屏蔽电极的下端可以被布置在比第一场电极的下端更大的垂直深度处。
24.特定实施例涉及第二垂直截面，该截面平行于垂直方向和第二横向方向。在第二横向方向上，多个器件单元或者特别是场电极沟槽可以在管芯的有源区域中一个挨着一个地布置。替代地或附加地，第二横向方向可以垂直于有源区域中的条形栅极和/或场电极沟槽。
25.在一个实施例中，第一屏蔽电极布置在第一沟槽中，并且第二屏蔽电极布置在第二沟槽中，其中当在第二截面中查看时，这些沟槽通过半导体本体的一部分彼此分离。具体地，至少当在第二垂直截面中查看时，屏蔽电极可以布置在分离的沟槽中。通常，每个相应的沟槽和相应的屏蔽电极可以围绕有源区域延伸，例如在整个圆周之上延伸。然而，特别地，在第二垂直截面中看到的彼此分离的屏蔽电极沟槽只能沿着有源区域的一侧延伸，例如沿着管芯的一侧延伸。屏蔽电极和沟槽特别地可以具有条形形状，并且平行于有源区域中的条形场电极沟槽。
26.上述涉及在第一垂直截面中看集成在公共沟槽中的屏蔽电极的实施例也可以与同一管芯中的分离沟槽实施例相结合。第一垂直截面可以例如平行于有源区域中的条形场电极沟槽，而第二垂直截面垂直于该沟槽。在第二横向方向上，其中条形场电极沟槽在有源区域中连续布置，每个都具有相应屏蔽电极的分离的屏蔽电极沟槽可以在边缘终止结构中
连续布置。这些在第二个垂直截面中可见，参见图4以获得说明。在第一横向方向上，其中条形场电极沟槽在有源区域中具有纵向延伸，这些细长沟槽可以向上延伸到边缘终止结构中，并且包括在第一横向方向上连续的至少两个屏蔽电极。这些集成屏蔽电极在第一个垂直截面中可见，参见图3以获得说明。
27.基本上，包含在第二垂直截面中看到的第一屏蔽电极的最外面的分离沟槽可以仅沿着有源区域的一部分（例如，沿着管芯的一侧）延伸，像内部分离屏蔽电极沟槽一样。然而，特别地，它可以进一步沿着管芯的另一侧延伸，或者特别地围绕整个有源区域延伸，从而形成闭合线。在第一垂直截面中看，该沟槽可以是布置在公共沟槽横向外部的“附加屏蔽电极沟槽”，参见图2以及图3和图4的相应截面图以获得说明。
28.在涉及在第二垂直截面中看到的分离沟槽的实施例中，第一沟槽仅包含第一屏蔽电极，即没有其他屏蔽电极。相反，第二沟槽包含第二屏蔽电极和下面的另一个场电极，其可以具有与形成在有源区域中的第一场电极相同的垂直延伸和/或由相同的场电极材料制成。第一场电极和在第二屏蔽电极下面的另一场电极可以例如在同一个或多个工艺步骤中形成（例如通过沉积和回蚀）。一般来说，在具有n个屏蔽电极的设计中，第一个（最外面的）沟槽可以只包含一个电极，并且第n个（最里面的）沟槽可以包含n个电极。替代地或附加地，屏蔽电极可以具有不同的垂直延伸，例如第（n-1）个屏蔽电极大于第n个屏蔽电极。
29.在一个实施例中，将第二屏蔽电极与半导体本体分开的场电介质具有与第二场电极之外的场电介质相同的厚度。如果提供第三个或一般来说和第n个屏蔽电极，其场电介质可以具有与在场电极沟槽中形成的第三个或第n个场电极的场电介质相同的厚度。最外面的沟槽，例如第二截面中的第一屏蔽电极沟槽或第一截面中的附加沟槽可以比其他沟槽更深和/或更宽，并且其场电介质可以具有与第一场电极的场电介质相同或不同的厚度。
30.在一个实施例中，屏蔽电极中的至少一个通过延伸穿过场电介质的结元件电连接到半导体本体。该结或结元件可以例如形成在场电介质的局部的、相对较小的切口中，靠近半导体本体的前侧或位于半导体本体的前侧。例如，它可以由p扩散制成。特别地，所有屏蔽电极可以通过相应的结元件连接到半导体本体，例如连接到p阱。用这种或这些硅连接，可以形成电阻分压，参见上面的评论。
31.作为到半导体本体的直接连接的替代或除了所述直接连接之外，电阻分压器也可以由半导体本体上面的一个或多个金属化层中的相应布线形成。此外，通常，该结构也可以在没有电阻分压器或附加稳定结构的情况下工作，例如仅依赖于电容器比率。因此，在一些实施例中，没有提供电阻分压器或硅连接。
32.还将公开制造本文描述的半导体管芯的方法，包括以下步骤:
‑ꢀ
在管芯的有源区域中形成器件；
‑ꢀ
横向在管芯的有源区域和横向边缘区之间形成边缘终止结构。关于进一步的细节，参考上面的描述。
33.此外，还将公开管芯的用途或使用管芯的方法，其中屏蔽电极分别被偏置到电压≤ vds/2，参见上面的评论以获得进一步的细节。
附图说明
34.下面，借助于示例性实施例进一步详细解释管芯及其结构。其中，各个特征也可以
以不同的组合相关。
35.图1示出在管芯中形成的功率器件，其在场电极沟槽中具有场电极；图2在垂直俯视图中示出管芯的一部分，示出有源区域和边缘终止结构；图3示出第一垂直截面中的图2的管芯；图4示出第二垂直截面中的图2的管芯；图5示出在场和屏蔽电极之间形成过渡部分的可能性；图6示出与图4类似的第二垂直截面中的具有三个场电极和屏蔽电极的另一管芯。
具体实施方式
36.图1示出器件1，即fet。它包括位于半导体本体15前侧的源极区2和位于其后侧的漏极区3。垂直地在其中间，形成本体区4和漂移区6，后者具有与漏极区3相同的导电类型，但具有较低的掺杂浓度。在所示的示例中，源极和漏极区域2、3以及漂移区域6是n掺杂的，并且本体区域4是p掺杂的。在本体区4中，横向在栅极区5旁边形成沟道区4.1。栅极区5包括栅极电极5.1和栅极电介质5.2，栅极电介质5.2将栅极电极5.1电容耦合到沟道区4.1。
37.在栅极区5的垂直下面，形成场电极区10，包括第一和第二场电极11、12。场电极11、12布置在场电极沟槽7中，场电极沟槽7延伸到半导体本体15中，向下延伸到漂移区6中。在所示的示例中，栅极电极5.1布置在同一沟槽7的上面。分配给第一场电极11的虚线说明场电极11、12也可以具有一定的垂直重叠，例如为了适应它们的电容耦合，这是一个可选的特征。栅极电极和场电极5.1、11、12在附图平面外部电接触。在半导体本体15的前侧上，布置有绝缘层16，例如氧化硅或bpsg。本体接触17延伸穿过绝缘层16，使本体区4和源极区2电接触到形成在上面的前侧金属化18（源极金属化）。
38.图2在垂直俯视图中示出管芯20，其中图2的器件1形成在管芯20的有源区域21中（在那里形成并联连接的多个相应的晶体管单元）。通常，在本公开中，相同的参考数字指示相同的部件或具有相同功能的部件。除了有源区域21之外，边缘终止结构22形成在管芯20中，横向位于有源区域21和管芯20的横向边缘24处的横向边缘区23之间。边缘终止结构22围绕有源区域21，其中在图2中仅示出一部分。
39.边缘终止结构22包括如下详述的屏蔽电极，其屏蔽有源区域21免受横向边缘区23中的电势的影响，该电势通常是漏极/源极电势。屏蔽电极在第一和第二横向方向41、42上横向连续布置，从而逐步降低电势。
40.图3示出平行于第一横向方向41的第一垂直截面（参见图2中指示的截面aa）中的管芯20。在该示例中，器件1包括两个场电极11、12，并且第一和第二屏蔽电极31、32在第一横向方向41上连续布置。第一屏蔽电极31电连接到第一场电极11，并且第二屏蔽电极32电连接到第二场电极12，它们分别由相同的连续场电极材料55.1、55.2制成。横向连续的屏蔽电极31、32可以分别支持电势的一部分，详见一般描述。
41.在图3中，屏蔽电极31、32布置在公共沟槽35中，该公共沟槽35是有源区域21中的场电极沟槽7。第一屏蔽电极31的下端31.1可以布置在与第一场电极的下端11.1相同的垂直高度上，并且第二屏蔽电极32的下端32.1可以布置在与第二场电极12的下端12.1相同的垂直高度上。除了公共沟槽35之外，形成具有附加屏蔽电极65的附加沟槽70，该屏蔽电极65电连接到第一场电极31（连接在这里未示出）。附加沟槽70围绕有源区域21（并在第二垂直
截面中形成第一屏蔽电极沟槽，见下文）。在附加屏蔽电极和第一屏蔽电极31之间的电势可以与第一和第二屏蔽电极31、32之间的电势相同，例如v
ds
/2，而在附加屏蔽电极65外部它是v
ds
，并且在第二屏蔽电极32内部它是0v。
42.图4示出平行于第二横向方向42的第二垂直截面（参见图2中指示的截面bb）中的管芯20。在有源区域21中，布置了具有栅极电极和场电极5.1、11、12的场电极沟槽7。在边缘终止结构22中，第一和第二屏蔽电极31、32横向连续地布置在分离的沟槽81、82中。第一屏蔽电极31布置在第一沟槽81中，并且第二屏蔽电极32布置在通过半导体本体15的一部分15.2与第一沟槽81分开的第二沟槽82中。在第一场电极31的横向外部（图4中的左侧），电势可以是v
ds
，在第一和第二屏蔽电极沟槽81、82之间降低到v
ds
/2，并且在第二屏蔽电极32内部降低到0v（图4中的右侧）。
43.垂直于附图平面，第一沟槽81比第二沟槽82和场电极沟槽7延伸得更远，参见图2进行比较。它围绕有源区域21连续延伸，并形成图3的截面图中的附加沟槽70。第一沟槽81仅包含第一屏蔽电极31。第二沟槽82包含第二屏蔽电极32和下面的另一个场电极85，其可以在与第一场电极11相同的工艺步骤中制造。因此，另一个场电极85和第一场电极11可以具有相同的垂直延伸和位置，和/或特别地可以具有带有相同厚度的相应场电介质91、111。同样，第二屏蔽电极32和第二场电极12可以具有带有相同厚度的相应场电介质92、112。
44.图5示出第一垂直截面中的第一屏蔽电极31和场电极11的可选设计，其中细节与图3类似，但未在图5中示出。第一屏蔽电极31和第一场电极11之间的过渡部分60的上边缘60.1具有弯曲形状，即凹入延伸。第一屏蔽电极31的下端31.1也可以具有由虚线指示的弯曲形状，即凸起延伸。
45.图6示出与图4的视图类似的第二垂直截面中的另一个管芯20。在场电极沟槽7中，第三场电极13布置在第二场电极12上面。因此，边缘终止结构22包括第三屏蔽电极33，其在第二屏蔽电极32的横向内部形成。在第一和第二屏蔽电极31、32之间，电势可以是2
·vds
/3，在第二和第三屏蔽电极32、33之间下降到v
ds
/3。第三屏蔽电极33布置在第三沟槽83中，其中另一个场电极90形成在第三屏蔽电极下面。在第二沟槽82中，第二另一场电极95形成在另一场电极85上面和第二屏蔽电极32下面。为了形成电阻分压器，场电介质91-93分别与结元件100.1-100.3相交，结元件100.1-100.3形成到阱区105的连接。替代地，为了形成电阻分压器，可以在上面的金属化层中实现布线。