用来描述各种元件、区域、区段等，并且也不旨在限制。贯穿本描述，相似的术语指代相似的元件。
[0137]如在本文中使用的，术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”、“呈现”等等是开放式术语，其指示所声明的元件或特征的存在，而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，除非上下文另外清楚地指示。
[0138]考虑到变型和应用的上述范围，应当理解的是，本发明不是由前述的描述限制的，也不是由附图限制的。替代地，本发明仅由所附的权利要求以及它们的法律等同物限制。
【主权项】
1.一种半导体器件(1)，包括: -半导体区域(11)，半导体区域(11)呈现第一导电类型的电荷载流子； -晶体管单元(1-1)，被包含在半导体区域(11)中； -半导体沟道区域(111)，被包含在晶体管单元(1-1)中，半导体沟道区域(111)呈现与第一导电类型互补的第二导电类型的第一掺杂浓度的电荷载流子，其中半导体沟道区(111)和半导体区域(11)之间的过渡区形成第一 pn结(11-1); -半导体辅助区域(112)，被包含在半导体区域(11)中并且不同于半导体沟道区(111)，半导体辅助区域(112)呈现第二导电类型的第二掺杂浓度的电荷载流子，第二掺杂浓度与第一掺杂浓度相比更高至少30%，其中，半导体辅助区域(112)和半导体区域(11)之间的过渡区形成第二pn结(11-2)，第二pn结(I 1-2)在半导体区域(II)中被定位成与第一pn结(11-1)相比一样深或更深，并且其中半导体辅助区域(112)被定位成与半导体器件(I)的任何其他半导体区域相比最接近半导体沟道区域(111)，半导体器件(I)的任何其他半导体区域包括第二导电类型的电荷载流子并且与半导体区域(11)形成进一步的pn结；以及 -二极管单元(1-2)，被包含在半导体区域(11)中，二极管单元(1-2)包含半导体阳极区域(113)，其中半导体阳极区域(113)呈现第二导电类型的第三掺杂浓度的电荷载流子，并且其中第二掺杂浓度高于第三掺杂浓度。2.权利要求1的半导体器件(I)，进一步包括半导体源极区域(114)，半导体源极区域(114)被包含在晶体管单元(1-1)中并且与半导体沟道区域(111)接触，半导体源极区域(114)包括第一导电类型的电荷载流子。3.权利要求1的半导体器件(I)，其中半导体阳极区域(113)和半导体区域(11)之间的过渡区形成第三pn结(11-3)，并且其中第二pn结(11-2)在半导体区域(11)中被定位成与第三pn结(11-3)相比一样深或更深。4.权利要求1的半导体器件(I)，进一步包括被包含在二极管单元(1-2)中的至少两个第一沟槽(13)，每个第一沟槽(13)包括第一电极(131)和第一电介质(132)，每个第一电介质(132)将相应的第一沟槽(13)的第一电极(131)与半导体主体(11)绝缘，其中半导体阳极区域(113)被定位成在所述第一沟槽(13)中的两个之间，并且与所述两个第一沟槽(13)的第一电介质(132)接触。5.权利要求1的半导体器件(I)，进一步包括被包含在半导体区域(11)中的辅助单元(1-3)，辅助单元(1-3)包括半导体辅助区域(112)并且被定位成相邻于晶体管单元(1-1)。6.权利要求5的半导体器件(1)，其中辅助单元(1-3)和晶体管单元(1-1)之间的距离与二极管单元(1-2)和晶体管单元(1-1)之间的距离相比更低。7.权利要求1的半导体器件(I)，进一步包括被包含在晶体管单元(1-1)中的至少两个第二沟槽(12)，每个第二沟槽(12)包括栅极电极(121)和第二电介质(122)，每个第二电介质(122)将相应的第二沟槽(12)栅极电极(121)与半导体区域(11)绝缘，其中 -半导体辅助区域(112)与半导体沟道区域(111)接触，并且被定位成在所述第二沟槽(12)中的两个之间；或 -所述第二沟槽(12)中的至少一个被定位成在半导体辅助区域(112)和半导体沟道区域(111)之间，半导体辅助区域(112)和半导体沟道区域(111)两者与所述至少一个第二沟槽(12)的第二电介质(122)接触;或 -半导体辅助区域(112)在半导体区域(11)中被定位成与所述第二沟槽(12)相比一样深或更深并且与半导体沟道区域(111)隔开。8.权利要求1的半导体器件(I)，其中，半导体辅助区域(112)的第二掺杂浓度是半导体沟道区域(111)的第一掺杂浓度的至少两倍。9.权利要求1的半导体器件(I)，半导体器件(I)可操作在正向电流模式和反向电流模式中的至少一个下，其中半导体沟道区域(111)配置用于，如果在正向电流模式下操作半导体器件(1)，则传导正向方向上的标称负载电流(FC)的至少部分，并且其中半导体辅助区域(112)配置用于，如果在反向电流模式下操作半导体器件(1)，则传导反向方向上的过载电流(ROLC)的至少部分。10.权利要求1的半导体器件(I)，其中第二pn结(11-2)被定位成在与第一pn结(11-1)的深度相比更深至少50 nm的深度处。11.一种半导体器件(I)，半导体器件(I)可操作在正向电流模式和反向电流模式中的至少一个下，并且配置用于在正向电流模式期间传导正向方向上的负载电流(FC)以及在反向电流模式期间传导反向方向上的负载电流(RC)，半导体器件(I)包括: -半导体区域(11); -可控电荷载流子注入器(112; 113)，可控电荷载流子注入器(112; 113)配置用于将电荷载流子注入到半导体区域(11)中，并响应于控制信号;其中 -可控电荷载流子注入器进一步配置用于设置半导体器件(I)，当处于反向电流模式时，依赖于控制信号进入标称状态或进入过载状态;并且其中 -在标称状态下，可控电荷载流子注入器(113)配置用于诱发半导体区域(11)内的第一电荷载流子密度，以便允许半导体区域(11)传导反向方向上的标称负载电流(RC); -在过载状态下，可控电荷载流子注入器(112)配置用于诱发半导体区域(11)内的第二电荷载流子密度，以便允许半导体区域(11)传导反向方向上的过载电流(ROLC)，第二电荷载流子密度高于第一电荷载流子密度。12.权利要求11的半导体器件(I)，进一步包括用于操作半导体器件(I)的栅极电极(121)、栅极电极(121)电耦合到可控电荷载流子注入器(112; 113)并且配置用于接收栅极信号(2-1)以及依赖于接收的栅极信号(2-1)生成所述控制信号。13.权利要求12的半导体器件(I)，其中，在正向电流模式下，栅极电极(121)配置用于基于接收的栅极信号(2-1)关断半导体器件(1)，以便阻断正向方向上的负载电流(FC)的流动。14.前述权利要求11的半导体器件(1)，其中第二电荷载流子密度是第一电荷载流子密度的至少两倍。15.权利要求11的半导体器件(I)，其中半导体区域(11)呈现第一导电类型的电荷载流子，并且其中存在被包含在包括半导体沟道区域(111)的半导体区域(11)中的晶体管单元(1-1)，半导体沟道区域(111)呈现与第一导电类型互补的第二导电类型的第一掺杂浓度的电荷载流子，其中半导体沟道区域(111)和半导体区域(11)之间的过渡区形成第一 pn结(11-1);并且其中可控电荷载流子注入器(112，113)包括: -半导体辅助区域(112)，被包含在半导体区域(I I)中并且不同于半导体沟道区域(111)，半导体辅助区域(112)呈现第二导电类型的第二掺杂浓度的电荷载流子，第二掺杂浓度与第一掺杂浓度相比更高至少30%，其中，半导体辅助区域(112)和半导体区域(11)之间的过渡区形成第二pn结(11-2)，第二pn结(11_2)在半导体区域(11)中被定位成与第一pn结(11-1)相比一样深或更深，并且其中半导体辅助区域(112)被定位成与半导体器件(I)的任何其他半导体区域相比最接近半导体沟道区域(111)，半导体器件(I)的任何其他半导体区域包括第二导电类型的电荷载流子并且与半导体区域(11)形成进一步的pn结。16.权利要求15的半导体器件(I)，进一步包括被包含在半导体区域(11)中的二极管单元(1-2)，其中可控电荷载流子注入器(112，113)进一步包括被包含在二极管单元(1-2)中的半导体阳极区域(113)，其中半导体阳极区域(113)呈现第二导电类型的第三掺杂浓度的电荷载流子，其中第二掺杂浓度高于第三掺杂浓度。17.—种电路布置(3)，包括半导体器件(I)和操作地耦合到半导体器件(I)的栅极驱动器(2)，半导体器件(I)可操作在正向电流模式和反向电流模式中的至少一个下并且包括: -半导体区域(11); -可控电荷载流子注入器(112; 113)，可控电荷载流子注入器(112; 113)配置用于将电荷载流子注入到半导体区域(11)中； -栅极电极(121)，栅电极(121)电耦合到可控电荷载流子注入器(112; 113)并且配置用于接收栅极信号(2-1); 其中栅极驱动器(2)包括: -过载电流检测器(22)，过载电流检测器(22)配置用于检测由半导体区域(11)传导的反向方向上的负载电流是否超过阈值； -用于生成所述栅极信号(2-1)的栅极信号发生器(21)，栅极信号发生器(21)操作地耦合到过载电流检测器(22)，并且配置用于， -如果过载电流检测器(22)指示反向方向上的当前负载电流不超过阈值，则通过将标称电压范围(R1)内的电压提供给栅极信号(2-1)使得栅极电极(121)引起电荷载流子注入器(113)诱发半导体区域(11)内的第一电荷载流子密度而在标称状态下操作半导体器件(I)，以便允许半导体区域(11)传导反向方向上的标称负载电流(RC); -如果过载电流检测器(22)指示反向方向上的当前负载电流超过阈值，则通过将过载电压范围(R2)内的电压提供给栅极信号(2-1)使得栅极电极(121)引起电荷载流子注入器(112)诱发半导体区域(11)内的第二电荷载流子密度而在过载状态下操作半导体器件(1)，以便允许半导体区域(11)传导反向方向上的过载电流(ROLC)，第二电荷载流子密度高于第一电荷载流子密度。18.权利要求17的半导体布置(3)，其中可控电荷载流子注入器(112，113)的至少部分(113)配置用于，如果将标称电压范围(R1)内的电压提供给栅极信号(2-1)，则抑制注入电荷载流子到半导体区域(11)中。19.一种操作半导体器件(I)的方法(4)，其中半导体器件(I)可操作在正向电流模式和反向电流模式中的至少一个下，并且包括:半导体区域(11);可控电荷载流子注入器(112;113)，可控电荷载流子注入器(112;113)配置用于注入电荷载流子到半导体区域(11)中；栅极电极(121)，栅极电极(121)电耦合到可控电荷载流子注入器(112; 113)并且配置用于接收栅极信号(2-1);其中所述方法包括: -检测(41)在反向电流模式下由半导体区域(11)传导的反向方向上的负载电流是否超过阈值； -如果反向方向上的当前负载电流不超过阈值，则通过将标称电压范围(Ri)内的电压提供给栅极信号(2-1)使得栅极电极(121)引起电荷载流子注入器(113)诱发半导体区域(11)内的第一电荷载流子密度而在标称状态下操作(42)半导体器件(I)，以便允许半导体区域(11)传导反向方向上的标称负载电流(RC); -如果反向方向上的当前负载电流超过阈值，则通过将过载电压范围(R2)内的电压提供给栅极信号(2-1)使得栅极电极(121)引起电荷载流子注入器(112)诱发半导体区域(11)内的第二电荷载流子密度而在过载状态下操作(43)半导体器件(I)，以便允许半导体区域(11)传导反向方向上的过载电流(ROLC)，第二电荷载流子密度高于第一电荷载流子密度。20.权利要求19的方法，进一步包括: -如果反向方向上的当前负载电流不超过阈值，则通过在每个切换周期T内至少一次使栅极信号(2-1)的电压在接通值(V1)和关断值(V2)之间交替以标称操作频率来操作半导体器件(I); -如果反向方向上的当前负载电流超过阈值，则在至少最小时间周期内在所述过载状态下操作半导体器件(1)，最小时间周期等于或长于所述切换周期(T)的倍数。21.权利要求20的方法，其中在所述标称状态下操作(42)半导体器件(I)包含在不超过最大时间周期内将所述过载电压范围(R2)内的电压提供给栅极信号(2-1)，最大时间周期等于或短于所述切换周期(T)的小部分。
【专利摘要】本发明涉及具有过载电流承载能力的半导体器件。提出一种半导体器件。半导体器件包括：半导体区域，半导体区域呈现第一导电类型的电荷载流子；晶体管单元，被包含在半导体区域中；半导体沟道区域，被包含在晶体管单元中，半导体沟道区域呈现与第一导电类型互补的第二导电类型的第一掺杂浓度的电荷载流子，其中半导体沟道区域和半导体区域之间的过渡区形成第一pn结。半导体器件进一步包括被包含在半导体区域中并且不同于半导体沟道区域的半导体辅助区域，半导体辅助区域呈现第二导电类型的第二掺杂浓度的电荷载流子，第二掺杂浓度与第一掺杂浓度相比更高至少30%，其中半导体辅助区域和半导体区域之间的过渡区形成第二pn结。
【IPC分类】H01L29/739, H01L29/06
【公开号】CN105720094
【申请号】CN201510947755
【发明人】R.巴布尔斯克, T.巴斯勒, P.C.布兰特, M.科托罗格亚, J.G.拉文
【申请人】英飞凌科技股份有限公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2015年12月17日
【公告号】DE102014226161A1, US20160204097