[发明专利]电荷平衡功率器件以及用于制造电荷平衡功率器件的方法

说明书

本公开的各实施例涉及电荷平衡功率器件以及用于制造电荷平衡功率器件的方法。一种电荷平衡功率器件，包括具有第一导电类型的半导体主体。沟槽栅极在半导体主体中从第一表面朝向第二表面延伸。主体区域具有与第一导电类型相反的第二导电类型，并且主体区域面对半导体主体的第一表面并且在沟槽栅极的第一侧和第二侧上延伸。具有第一导电类型的源极区域在主体区域中延伸并且面对半导体主体的第一表面。漏极端子在半导体主体的第二表面上延伸。器件还包括具有第二导电性的第一柱状区域和第二柱状区域，该第一柱状区域和第二柱状区域在半导体主体中与沟槽栅极的第一侧和第二侧相邻地延伸，并且第一柱状区域和第二柱状区域与该主体区域间隔开，并且与漏极端子间隔开。

技术领域

本公开涉及一种电荷平衡功率器件，并且涉及一种用于制造电荷平衡功率器件的方法。

背景技术

本公开特别地但不排他地涉及垂直传导功率器件(例如，功率MOS器件或IGBT(绝缘栅双极晶体管)类型的器件或BJT(双极结型晶体管)的器件或双极型二极管或肖特基二极管)，并且随后的描述仅出于简化其说明的目的而涉及该应用领域。

垂直电流MOSFET器件被用在各种应用中，该些应用通常要求低的热消散，即使在它们在高电流条件下操作时。在实践中，该器件应当具有低导通状态源极-漏极电阻(即，低Rdson)，同时能够承受高的反向偏置电压(高BVdss)。

在垂直电流器件中，对上述两个参数(Rdson和BVdss)的要求相互冲突，为了获得高反向电压，通常认为必须增加承受所述电流的半导体主体的厚度(即通过增加在衬底上生长的外延层的厚度)和/或增加外延层本身的电阻率。在任一情况下，都存在Rdson上的增加，因为厚度上的增加在导通状态下需要电流的更长路径，而更高的外延层电阻率导致电流的流动的更高阻力。

为了减小导通状态源极-漏极电阻，可以使用使得能够增加主体-漏极边界的柱结构，以便能够利用外延层的整个体积。该技术使得可以使用更重掺杂的外延层，因此，在相同反向电压值的情况下，具有较低的电阻率，从而降低了由于外延层引起的Rdson成分(在下文中定义为导通状态外延电阻Repi)。

该类型的结构预期了沟槽栅极端子的创建，沟槽栅极端子由P型的柱彼此分离，例如，如图1中所图示的。

特别地，图1涉及一种N沟道器件1，其具有生长在衬底3b上的外延层3a，二者均为N型；外延层3a在主体区域4下方容纳P型的柱2。主体区域4为P型，并且包括掺杂增加的部分(P+)，以促进电接触。源极区域5与主体区域4电接触地形成，而栅极区域6在主体区域4之间的外延层3a中在深度上延伸。漏极金属化在衬底3b的与外延层3a在其上延伸的一侧相对的一侧上延伸。

栅极区域6包括完全被相应的栅极氧化物层6b围绕的金属化区域6a。金属化区域8电连接源极区域5和主体区域4(特别地，部分4a)，并且经由栅极氧化物层6b与栅极区域6电绝缘。

在具有柱状结构的器件中，可以在P型的柱2的掺杂剂与N型的外延层3a的电荷之间获得电荷平衡或电荷补偿，以使柱2相对于外延层3a的总电荷将相等并且具有相反的符号。仅电荷平衡条件是不够的。附加地，等于柱2(P)的电荷的外延层3a(N)的电荷应当被包含在某些值之内(这取决于器件的3D结构)。这些条件使得外延层3a和柱2两者中的自由载流子完全耗尽，从而提供了没有载流子的区域，该区域表现为绝缘层，这使能了高的反向电压值(击穿电压)，其中电扩展场具有一轮廓，贯穿包括外延层3a和柱2的区域，该轮廓在幅度和方向两者上实际上都均匀。特别地，可以偏置器件，以使电场将接近临界电场，临界电场是PN结在界面处可以承受的最大电场，并且超过该电场，雪崩传导过程会被触发(击穿)。

使用电荷平衡的概念，因此可以在外延层3a中选择高浓度的掺杂剂，该高浓度的掺杂剂由柱中的掺杂剂适当地平衡。但是，该选择存在局限性，因为校准柱间距离以确保整个外延区域(包括柱2)完全耗尽非常重要。