[发明专利]具有自充电场电极的半导体器件

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及半导体器件，具体涉及功率半导体器件。

背景技术

功率半导体器件（如功率MOS（金属氧化物半导体）晶体管或功率二极管）包括漂移区以及在MOS晶体管中处于漂移区与体区（body region）之间且在二极管中处于漂移区与发射极区之间的pn结。漂移区的掺杂浓度低于体区和发射极区的掺杂浓度，使得当器件阻断时（其为在pn结反向偏置时），耗尽区（空间电荷区）主要在漂移区中扩张。

漂移区沿器件的电流流动方向的尺寸以及漂移区的掺杂浓度主要限定了半导体器件的电压阻断能力。在单极器件（如功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管））中，漂移区的掺杂浓度还限定了器件的导通电阻，其为处于导通状态的半导体器件的电阻。

当pn结反向偏置时，在pn结的两侧均电离掺杂剂原子，得到与电场相关联的空间电荷区。电场的场强幅度的积分与对pn结反向偏置的电压相对应，其中电场的最大值处于pn结处。当电场的最大值达到与用于实现漂移区的半导体材料的类型相关的临界场强时，发生雪崩击穿。

当在漂移区中提供以下电荷时可以提高漂移区的掺杂浓度而不减弱器件的电压阻断能力：所述电荷可以充当在pn结反向偏置时漂移区中的电离掺杂剂原子的反电荷，使得耗尽区在漂移区中扩张。

根据已知的概念，在漂移区中提供了场电极或场板，该场电极或场板通过场电极电介质与漂移区介质绝缘。这些场电极可以提供所需的反电荷。

根据一个已知的概念，这些场电极电连接至固定的电位，如MOSFET中的栅极或源极电位。然而，这可以在场电极与漂移区中的与MOSFET中的漏极区接近的那些区之间产生高电压，使得将需要厚的场电极电介质。然而，厚的场电极电介质减小所期望的补偿效果。

根据另一已知的概念，多个场电极在漂移区的电流流动方向上被布置为彼此远离（distant to），并且这些场电极连接至不同的电压源以便将这些场电极偏置到不同电位。然而，实现电压源是困难的。

根据另一已知的概念，场电极电连接至与穿过布置于半导体主体（semiconductor body）之上的接触电极的漂移区相同的掺杂类型的掺杂半导体区。利用互补掺杂类型的半导体区来对漂移区至少部分地屏蔽该“耦合区”。

存在着利用漂移区来减小导通电阻并增加半导体器件的电压阻断能力的需要。

发明内容

第一实施例涉及一种半导体器件，其包括第一掺杂类型的漂移区、所述漂移区与器件区之间的结、以及所述漂移区中的至少一个场电极结构。所述场电极结构包括：场电极；场电极电介质，与所述场电极邻接并布置在所述场电极与所述漂移区之间，并且具有开口；以及场终止区，具有所述第一掺杂类型并且比所述漂移区更重掺杂，所述场终止区通过所述场电极电介质的开口将所述场电极连接至所述漂移区。

第二实施例涉及一种半导体器件，其包括第一掺杂类型的漂移区、所述漂移区与器件区之间的结、以及所述漂移区中的至少一个场电极结构。所述场电极结构包括：场电极；场电极电介质，与所述场电极邻接并布置在所述场电极与所述漂移区之间，并且具有开口；以及生成区（generation region），通过所述场电极电介质的开口将所述场电极连接至所述漂移区或布置在所述场电极中。

第三实施例涉及一种用于在半导体主体中产生场电极结构的方法。所述方法包括：在所述半导体主体中形成沟槽；在所述沟槽的侧壁上形成第一电介质层；在所述沟槽的底部上形成第二电介质层；以及在所述第二电介质层上形成具有表面的第一多晶硅层。所述方法还包括：在多晶硅层的表面的区域中形成空洞（void），所述空洞延伸通过所述第一电介质层以便暴露所述半导体主体的半导体材料；以及在所述空洞中的所述半导体主体的被暴露的区域上生长单晶半导体材料并在所述第一多晶硅层上生长第二多晶硅层。所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层形成场电极，并且所述空洞之下的第一电介质层和所述第一电介质层形成场电极电介质。