[发明专利]电荷补偿半导体器件

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及具有电荷补偿结构的半导体器件和相关的用于制作半导体器件的方法，尤其涉及具有电荷补偿结构的功率半导体晶体管。

背景技术

半导体晶体管，尤其是诸如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的场效应控制开关器件已经被用于各种应用中，这些应用包括但不限于在电源和功率变换器、电动汽车、空调和甚至立体声系统中用作开关。尤其就能够开关大电流和/或在高电压下操作的功率设备而言，经常期望低导通状态电阻R_on和高击穿电压U_bd。

为此目的，开发了电荷补偿半导体器件。补偿原理是基于在MOSFET的漂移区中的n掺杂区和p掺杂区中的电荷的相互补偿。

通常，对于垂直电荷补偿型MOSFET，由p型区和n型区形成的电荷补偿结构被设置为位于具有源极区、主体区和栅极区的实际MOSFET结构的下方，并且也位于相关的MOS沟道的下方，该MOS沟道以这样的方式在半导体器件的半导体体积中被设置成相互邻接或者相互交错，使得它们的电荷在关断状态下相互耗尽，并在激活状态或导通状态下产生从表面附近的源极到设置在背面上的漏极的不中断的低阻抗传导路径。

借助p型掺杂和n型掺杂的补偿，在补偿组件的情况下，能够显著增加载流区的掺杂，尽管载流面积损失，但这导致导通状态电阻R_on的显著减少。这种半导体功率器件的导通状态电阻R_on的减少是与热损耗的减少相关的，使得这种具有电荷补偿结构的半导体功率器件与常规的半导体功率器件相比仍然是“凉快”的。

同时，半导体器件的开关损耗变得更加重要。依赖于器件的操作，输出电荷Q_OSS和电能E_OSS分别主要确定开关损耗，其中输出电荷Q_OSS和电能E_OSS分别存储于在关断状态中和在反向偏置期间形成的空间电荷区内。具有电荷补偿结构的半导体器件的储存电荷Q_OSS可能是比较高的。这可能导致显著的开关损耗E_OSS。除了使能反向阻断，输出电荷Q_OSS（在具体的阻断电压下）必须被完全地移除，这导致开关延迟。

此外，为了实现低导通状态电阻R_on和高阻断电压两者，期望的是很好地平衡电荷补偿结构的p型区和n型区的掺杂。这通常对制造提出高要求，并且可能限制器件的缩减。例如，为形成电荷补偿结构可使用这几个工艺：外延生长和掩蔽注入，后面是热驱入。在热驱入期间，被注入的结构也在横向方向上生长。这限制了电荷补偿结构的p型区和n型区之间的间距。

因此，需要减少具有电荷补偿结构的半导体器件的开关损耗和开关延迟并且改进这些器件的制造。

发明内容

根据半导体器件的实施例，半导体器件包括半导体主体和设置在半导体主体上的源极金属化部。在截面中，半导体主体包括：第一导电类型的漂移区、邻接漂移区的第二导电类型的第一主体区、第二导电类型的第一补偿区和第一电荷陷阱，其中第一补偿区邻接第一主体区，具有比第一主体区更低的最大掺杂浓度并且与漂移区形成第一pn结。第一电荷陷阱邻接第一补偿区并且包括场板和绝缘区，该绝缘区邻接漂移区并部分地包围场板。源极金属化部设置为与第一主体区电阻电连接。

根据半导体器件的实施例，半导体器件包括半导体主体和源极金属化部。半导体主体具有第一表面并且包括第一导电类型的漂移区、第二导电类型的多个补偿区和多个电荷陷阱，其中每个补偿区与漂移区形成pn结并且邻接第二导电类型的具有比邻接的补偿区更高的最大掺杂浓度的相应主体区，每个电荷陷阱包括场板和部分地包围场板的绝缘区。多个电荷陷阱的每个场板邻接多个补偿区中的至少一个。源极金属化部设置在第一表面上并且与每个补偿区电阻电连接。

根据用于制作半导体器件的方法的实施例，该方法包括：提供具有带有法线方向的主表面并且包含延伸到主表面的第一导电类型的半导体层的半导体主体；在半导体主体中形成多个电荷陷阱结构，每个电荷陷阱结构包括在基本上垂直于主表面的水平截面中被绝缘区部分地包围的场板；形成第二导电类型的多个补偿区以便每个补偿区在半导体主体中形成相应的pn结并且每个补偿区在该截面中邻接至少一个电荷陷阱结构；和形成与多个补偿区的每个都电阻电连接的源极金属化部。

本领域技术人员通过阅读下面详细的描述和通过查看附图将认识到额外的特征和优点。

附图说明