半导体管芯及制造其的方法与流程

本公开涉及具有半导体器件和边缘终止结构的半导体管芯。

背景技术：

1、边缘终止结构布置在管芯的横向边缘和其中形成半导体器件的有源区域之间。半导体器件尤其可以是竖直器件，其源极和漏极区位于半导体管芯的竖直相对侧。在竖直功率fet的情况下，其源极区可以布置在管芯的前侧，并且其漏极区可以布置在管芯的背侧，并且竖直电流可以例如由形成在竖直栅极沟槽中的栅极区控制。这将说明一种可能的器件，而不限制权利要求和说明书的普遍性。

技术实现思路

1、本技术的一个目的是提供一种具有改进设计的半导体管芯，以及制造这种管芯的方法。

2、这个目的是通过权利要求1的管芯实现的，而且它是通过权利要求14的方法实现的。横向形成在所述器件和管芯的边缘之间的边缘终止结构包括沟槽中的第一内屏蔽电极区和沟槽中的外屏蔽电极区，外屏蔽电极区的沟槽沿第一横向方向设置在第一内屏蔽电极区和管芯的边缘之间。邻近第一内屏蔽电极区的沟槽，在半导体本体中形成阱区，第一内屏蔽电极电连接到该阱区以从阱区引出电位。另外，外屏蔽电极区的屏蔽电极电连接到第一内屏蔽电极。换句话说，第一内屏蔽电极处于阱区的电位，而外屏蔽电极连接到该电位。

3、因此，第一内屏蔽电极和外屏蔽电极处于从阱区引出的相同电位。通过在半导体本体的前侧形成的阱区，可以在表面引出所述电位，这可以允许将第一内屏蔽电极以及因此将外屏蔽电极连接至大于有源区域中前侧电位的电位。在上面讨论的fet的情况下，这可以例如是栅极或源极电位，并且边缘终止结构可以屏蔽有源区域免于背侧漏极电位的影响，背侧漏极电位可以在管芯边缘处例如向上达到前侧。独立于这些细节，电位的“引出”和“向外转移”可以实现可缩放的边缘终止结构并在高掺杂水平避免问题，因为电位可以在表面处增加。

4、在本说明书和从属权利要求中提供了特定的实施例和特征。其中，应当独立于具体的权利要求类别公开各个特征，本公开涉及设备和器件方面，但也涉及方法和使用方面。例如，如果描述了以特定方式制造的器件或边缘终止结构，则这也是对相应制造过程的公开，并且反之亦然。一般而言，本技术的一种方法是在管芯的横向内位置引出电位，并将布置在管芯的横向外位置的屏蔽电极偏置到该电位(外位置比内位置布置得更靠近横向边缘)。

5、为了比较，假设边缘终止结构具有多个横向交错的屏蔽电极，每个屏蔽电极都具有其自己的阱区，相邻屏蔽电极之间的电位差的增加将朝着管芯的横向边缘减小。因此，在所述器件和管芯的边缘之间添加更多屏蔽电极不会导致所支持的击穿电压显著增加，至少从一定数量的横向交错的屏蔽电极开始是这样。相反，本技术的边缘终止结构可以允许更有效地使用边缘终止区域，例如，增加支持的击穿电压和/或减小边缘终止结构所需的面积。它还可以在快速瞬变的情况下(例如，在本体二极管导通后)对动态耐用性产生积极效果，因为需要去除大量的双极电荷。发明人的调查表明，击穿位置可以安全地固定在有源区域中，例如，在器件的单元场中。

6、阱区可以是半导体本体中的掺杂区，例如，在第一导电类型的区中形成的第二导电类型的区。在示例性实施例中，第一类型是n型并且第二类型是p型，换言之，p阱形成在n区中。竖直地，阱区可以从半导体本体的前侧延伸到半导体本体中，例如它可以通过穿过表面的注入来形成。它的下端可以例如位于比屏蔽电极沟槽的下端更高的竖直高度上(更接近前侧)。阱区形成为邻近第一内屏蔽电极沟槽，例如，邻近第一内屏蔽电极区的屏蔽电介质。在俯视图中观察，阱区可以围绕所述器件/有源区域，但它不一定形成闭合线。相反，所述线也可以是中断的，分离的阱区部分沿所述线布置以在相应位置处引出电位。

7、在第一横向方向上，阱区例如可以具有与第一内屏蔽电极沟槽基本相同的宽度。然而，一般来说，它也可以进一步向外延伸，例如由于交错布局(六边形图案或类似图案，说明参见图8)的空间限制而例如位于进一步向外布置的屏蔽电极沟槽附近。然而，替代地并且特别地，可以限制阱区的横向延伸，使得，在平行于第一横向方向的竖直剖面中观察，其面向所述器件的内端与下一个相邻沟槽(例如，第二内屏蔽电极沟槽，见下文)间隔开和/或其面向管芯的横向边缘的外端与下一个相邻沟槽(例如，外屏蔽电极沟槽)间隔开。换言之，一个或多个外屏蔽电极区尤其可以与阱区间隔开。再次换言之，其中设置有外屏蔽电极区的屏蔽电极的沟槽可以完全被包围在由第一导电类型制成的区中，而阱区由第二导电类型制成。

8、“半导体本体”可以例如包括半导体衬底，在半导体衬底上已经沉积了一个或多个外延层，例如，在衬底的前侧上。边缘终止结构的一个或多个沟槽以及例如还有所述器件的一个或多个沟槽(见下文)从半导体本体的前侧竖直延伸到后者中。横向方向垂直于相应的竖直方向，并且“第一横向方向”可以例如另外是例如在边缘终止结构中和/或在单元场(有源区域)中朝向管芯的横向边缘连续布置的沟槽的平移对称方向。第一横向方向尤其可以垂直于管芯的横向边缘。“第二横向方向”垂直于竖直方向并且与第一横向方向成角度，特别是它可以垂直于第一横向方向。

9、通常在本公开中，当讨论边缘终止结构中沟槽的相对布置时，所指的沟槽布置在器件/有源区域的同一侧(不是在其相对侧，并且因此，不是在管芯的相对横向边缘处)。特别地，相应的边缘终止结构可以在所述器件的每一侧处被布置在所述器件和管芯的相应横向边缘之间，所述器件完全被边缘终止结构包围。

10、通常，在有源区域中形成的所述器件例如可以是igbt，然而特别低，在那里形成晶体管器件。所述器件，特别是晶体管器件，可以是其负载端子位于半导体本体的相对侧的竖直器件，特别是其源极区在前侧且其漏极区在背侧的晶体管器件。漏极区可以在晶片或管芯的整个背侧上方延伸，并且可以在背侧布置用于接触漏极区的背侧金属化部。在源极区的竖直下方可以形成本体区，其中栅极区可以横向布置在旁边，例如在栅极沟槽中。栅极沟槽可以从半导体本体的前侧延伸到半导体本体中，它可以填充有至少覆盖沟槽侧壁的栅极电介质和由导电材料(例如多晶硅)制成的栅极电极。可以在本体和漏极区之间竖直布置漂移区，漂移区的导电类型与本体区相同，但掺杂浓度较低。作为功率器件，晶体管例如可以具有至少10v、20v或40v的击穿电压，可能的上限例如不超过800v、600v、400v、200v或100v。

11、通常，场电极可以附加地布置在栅极电极下方的栅极沟槽中。附加地或特别地作为替代，场电极可以布置在栅极沟槽横向旁边的分离的场电极沟槽中。在竖直剖面中观察，栅极和场电极沟槽在横向方向上连续布置。栅极沟槽例如可以是纵向沟槽，在俯视图中观察，该纵向沟槽例如可以在有源区域中形成网格，该网格限定单元，例如，矩形或特别是方形单元。在每个单元中，可以例如在单元中央布置针形场电极沟槽。在针形沟槽中，针状或柱状场电极可以形成，通过场电介质与半导体本体分离。场电介质和场电极一起形成器件的场电极区。

12、通常，边缘终止结构的相应屏蔽电极区包括相应屏蔽电极和相应屏蔽电介质，屏蔽电介质可以将屏蔽电极与半导体本体电隔离。特别地，屏蔽电极和/或屏蔽电介质可以由与所述器件的场电极区的场电极和/或场电介质(例如，多晶硅场电极和/或氧化硅场电介质)相同的材料制成。独立于这些细节，阱区与第一内屏蔽电极之间的连接例如可以通过互连件形成，互连件例如可以竖直延伸到半导体本体中并横向与屏蔽电介质相交，下文参见进一步的细节。

13、在实施例中，边缘终止结构包括第二内屏蔽电极区，第二内屏蔽电极区沿第一横向方向设置在所述器件/有源区域和第一内屏蔽电极区之间。其中，在相应的第二内屏蔽电极和半导体器件的前侧电位区之间形成电连接，该前侧电位区例如可以是栅极电位区或特别是源极电位区。屏蔽电极例如可以电连接到栅极金属化部或者特别连接到源极金属化部。换句话说，屏蔽电极可以连接到栅极电位或特别连接到器件的源极电位。

14、布置在所述器件和第一内屏蔽电极之间的第二内屏蔽电极为电位传播提供了空间，电位具有附加的横向空间来增长。在晶体管器件的情况下，电位可以沿着前侧(在第一横向方向上)从单元场中的源极电位增加到管芯横向边缘处的漏极电位，漏极电位从背侧向上延伸到那里。

15、在实施例中，在相应沟槽中具有相应屏蔽电极的多个第二内屏蔽电极区沿第一横向方向设置在所述器件和第一内屏蔽电极之间，例如，至少两个第二内屏蔽电极。可能的上限例如可以是在所述器件和第一外屏蔽电极区之间不超过20、15、10、5或3个第二内屏蔽电极。这涉及第一横向方向，例如，在针形屏蔽电极区/沟槽的情况下，可以在第二横向方向(平行于管芯的边缘)上彼此并排地(aside)布置显著更多数量的沟槽。独立于这些细节，第二内屏蔽电极中的每一个都可以连接到所述器件的前侧电位区，例如，栅极电位区或特别是源极电位区(参见上面的细节)。电连接可以例如形成在半导体本体前侧上的金属层中(例如沉积到形成于半导体本体上的绝缘层上的金属层)。

16、在实施例中，多个第一内屏蔽电极区沿第一横向方向被布置在所述器件与外屏蔽电极区之间，即至少两个或者三个第一内屏蔽电极区(可能的上限例如不超过10、8、6或5个第一内屏蔽电极区)，每个第一内屏蔽电极区形成在相应的沟槽中并且包括相应的屏蔽电极。特别地，可以邻近每个相应的第一内屏蔽电极沟槽形成相应的阱区，例如相应的p阱。这些交错的阱区可以独立于它们分别形成有中断还是作为闭合线延伸而至少在功能上形成嵌套的环以在相应位置处引出电位。换句话说，在第一横向方向上连续布置的每个阱区可以例如在第二横向方向上基本沿相应的电场电位线延伸。

17、在涉及多个第一内屏蔽电极区的实施例中，横向最外面的第一内屏蔽电极电连接到外屏蔽电极。换句话说，电位从最外面的内屏蔽电极区引出并转移到外屏蔽电极，详见上文。布置在最外面的第一内屏蔽电极和所述器件之间的其余第一内屏蔽电极除了它们可能浮置之外还可以分别单独连接到它们相应的阱区。因此，至少一个浮置的第一内屏蔽电极区/阱区可以被提供在引出电位(并将其向外转移，见上文)的最外面的第一内屏蔽电极区/阱区的内侧。

18、在实施例中，多个外屏蔽电极区沿第一横向方向被布置在第一内屏蔽电极区与管芯的横向边缘之间，每个外屏蔽电极区都形成在相应的沟槽中并且包括相应的屏蔽电极。在多个第一内屏蔽电极区的情况下，多个外屏蔽电极区沿第一横向方向被布置在最外面的内屏蔽电极区和横向边缘之间。

19、在实施例中，多个外屏蔽电极中的屏蔽电极均连接到第一内屏蔽电极，例如，在多个第一内屏蔽电极的情况下连接到最外面的第一内屏蔽电极。在实施例中，第一内屏蔽电极沟槽/第一内屏蔽电极是针形的。这尤其可以与在有源区域中形成的器件组合，所述器件包括针形场电极，特别是多个单元，每个单元具有针形场电极。独立于这些细节，针形屏蔽电极可以经由与第一内屏蔽电介质横向相交的互连件连接到阱区。在竖直俯视图中观察，互连件可以延伸到阱区中并且到第一屏蔽电极中。

20、沿着阱区，例如在第二横向方向上，可以布置多个针形第一内屏蔽电极区，每个针形第一内屏蔽电极区包括在相应针形沟槽中的第一内屏蔽电极。在实施例中，将一个第一内屏蔽电极连接到阱区的互连件沿着阱区在至少两个针形第一内屏蔽电极上方延伸并将它们也连接到阱区。沿着阱区，可以连续布置多个互连件，每个互连件将一些第一内屏蔽电极连接到阱区。特别地，布置在阱区的每个第一内屏蔽电极可以连接到阱区。

21、通常，边缘终止结构的一个或多个第一内沟槽和/或一个或多个第二内沟槽和/或一个或多个外沟槽也可以在第二横向方向上具有纵向延伸。然而，特别地，至少一些沟槽可以是针形的，特别是边缘终止结构的所有沟槽。在实施例中，边缘终止结构的针形沟槽与有源区域中的器件单元的针形沟槽具有相同的深度和/或宽度和/或以相同的图案布置。该图案例如可以是六边形或特别是矩形/方形图案。形成具有相同几何属性和/或相同填充的边缘终止结构和器件的沟槽可以允许重复使用现有的处理步骤，例如，同时蚀刻和/或填充所述器件和边缘终止结构的沟槽。

22、在实施例中，连接元件平行于阱区延伸，其中沿阱区设置的多个屏蔽电极电连接到连接元件。连接元件可以特别地延伸成环形，例如，作为闭合线，围绕整个单元场，并提供沿阱区设置的不同屏蔽电极彼此的连接，例如避免例如具有偏差电位的“岛”。连接元件可以在阱区的外侧延伸，即在阱区和管芯的横向边缘之间延伸，或者特别是在阱区的内侧，即在阱区和单元场之间延伸。连接元件例如可以横向设置在与阱区邻近的沟槽和屏蔽电极沟槽之间，在第一横向向外侧或向内侧跟随所述沟槽。在第二内屏蔽电极区连接到前侧电位区，特别是源极电位(见上文)的实施例中，连接元件可以例如设置在第二内屏蔽电极区和阱区之间。

23、通常，连接元件可以例如形成在金属层中，例如在然后用于单元场中的栅极电极与在单元场旁边延伸的栅极流道的连线的另一金属层中，使得形成在一个金属层中的连接元件不会被另一金属层中的栅极连接中断。特别地，连接元件可以是设置在沟槽中的沟槽电极。在垂直于该细长沟槽的长度延伸的竖直剖面中观察，围绕单元场延伸的该细长沟槽例如具有与器件的栅极电极相同的尺寸。例如，它可以与单元场中的栅极沟槽同时被蚀刻和填充。

24、为了将屏蔽电极连接到连接元件，可以沿着连接元件的长度设置多个连接桥，每个连接桥将沿着阱区设置的一个或多个屏蔽电极连接到连接元件。尤其可以在多个针形第一内屏蔽电极的情况下提供连接元件，其中例如沿着阱区的长度设置的互连件可以分别经由相应的连接桥连接到连接元件。连接桥可以形成在金属层中，例如经由竖直互连件(接触塞)连接到沟槽电极并连接到屏蔽电极的互连件。连接桥可以例如与第一内屏蔽电极和更向外的(一个或多个)屏蔽电极之间的互连件形成在相同的金属化层中。

25、在多个阱区彼此嵌套，每个阱区都分配有第一内屏蔽电极区的情况下，可以提供多个连接元件。特别地，可以为每个阱区提供连接元件，连接元件例如环形地彼此嵌套，就像阱区一样。例如，每个阱区可以具有相应的环形连接元件，例如，在它内侧。

26、在实施例中，该器件包括形成在半导体中的本体区，例如，如果是nmos，则为p本体。在实施例中，边缘终止结构的阱区和所述器件的本体区由相同的掺杂类型和浓度制成，这可以允许重复使用过程步骤(同时制造)。

27、本技术还涉及一种制造此处公开的管芯的方法，该方法包括以下步骤：

28、i)形成屏蔽电极区；

29、ii)在半导体本体中形成阱区；

30、iii)将第一内屏蔽电极区的屏蔽电极电连接到阱区；

31、iv)将外屏蔽电极区的屏蔽电极电连接到第一内屏蔽电极区的屏蔽电极。

32、在实施例中，在步骤i)中同时形成所述器件的场电极区和/或在步骤ii)中形成所述器件的本体区，进一步的细节参见上文。