交叉引用

本申請案的優(yōu)先權(quán)是由2015年12月11日提交的美國臨時申請?zhí)?2/266,536、2015年12月15日提交的美國臨時申請?zhí)?2/267,784、2016年11月02日提交的美國臨時申請?zhí)?2/416,645所提出的，所有這些申請案通過引用并入本文。

背景技術(shù)：

本發(fā)明關(guān)于一種橫向功率組件。

注意，下文所討論的點(diǎn)可以反映從所公開的發(fā)明獲得的后見之明，并不一定被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。

在許多電子應(yīng)用中，功率mosfet被廣泛用作開關(guān)組件。為了最小化傳導(dǎo)功率損耗，優(yōu)選的是，給定崩潰電壓的功率mosfet具有低的特征導(dǎo)通電阻。特征導(dǎo)通電阻(specificon-resistance,rsp)定義為ron和面積的乘積(ron*a)。為了滿足對許多新應(yīng)用其日益增長對于減少rsp的需求，故需要新的功率mosfet結(jié)構(gòu)。在許多應(yīng)用中需要橫向功率mosfet結(jié)構(gòu)，其除了其他電路構(gòu)件之外，還需要單個整合一個或多個mosfet。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了許多使用電荷平衡技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高崩潰電壓的橫向功率半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法。新型結(jié)構(gòu)具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)組件的優(yōu)點(diǎn)，特別是具有低特征導(dǎo)通電阻(specificon-resistance,rsp)、更具成本效益并且與諸如場平板、保護(hù)環(huán)或接面終結(jié)延伸(junctionterminationextension,jte)的一般的終端結(jié)構(gòu)兼容。

除了其他創(chuàng)新之外，本發(fā)明教示了橫向功率組件以及用于操作它們的方法，其以新的方式實(shí)現(xiàn)電荷平衡。在本發(fā)明的第一教示中，橫向傳導(dǎo)路徑由相反導(dǎo)電類型的區(qū)域橫向側(cè)接，相反導(dǎo)電類型的區(qū)域與隔離溝槽自對準(zhǔn)。在本發(fā)明的第二教示中，其可以單獨(dú)使用或與第一教示協(xié)同組合，其中汲極區(qū)是自隔離的。在本發(fā)明的第三教示中，其可以與第一和/或第二教示的協(xié)同組合，其中源極區(qū)也彼此隔離。在本發(fā)明的第四教示中，橫向傳導(dǎo)路徑也由相反導(dǎo)電類型的附加區(qū)域覆蓋。

附圖說明

圖1a示出了橫向n通道m(xù)osfet晶體管的一個實(shí)施例，源極、閘極和汲極終端在組件表面可進(jìn)入。

圖1b、圖1c、圖1d示出了組件的橫截面。

圖1e示出了替代組件的橫截面。

圖1f示出了另一替代組件的橫截面。

圖2a、圖2b示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

圖3a、圖3b示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

圖4示出了另一替代組件的橫截面。

圖5示出了多個功率組件整合在單一晶粒上

圖6示出了另一替代組件的橫截面。

圖7a、圖7b示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

圖8a、圖8b示出了另一種創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，其具有與基板終端隔離的源極終端。

圖9a、圖9b示出了具有隔離源極終端的另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

圖10a、圖10b示出了具有隔離源極終端的另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

圖11a、圖11b示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

圖12a～圖12d示出了示例實(shí)施方式中的處理步驟的示例。

圖12e～圖12h示出了另一示例實(shí)施方式中的處理步驟的示例。

圖13a示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

圖13b示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

圖13c示出了圖13a和圖13b的橫截面。

圖14a示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，并且圖14b示出其橫截面。

圖14c示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

圖15a示出了使用soi的另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

圖15b示出了使用部分soi結(jié)構(gòu)的另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

圖16a示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，并且圖16b、圖16c、圖16d示出了其橫截面。

圖17a～圖17d示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

為充分了解本發(fā)明的目的、特征及功效，茲借由下述具體的實(shí)施例，并配合附圖，對本發(fā)明做詳細(xì)說明，說明如后：

本發(fā)明的眾多創(chuàng)新教導(dǎo)將特別參考當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例(作為示例而非限制)來描述。本發(fā)明描述了多個發(fā)明，并且下面的任何陳述都不應(yīng)被視為限制一般的權(quán)利要求書。

本發(fā)明公開了許多使用電荷平衡(pn超級接面)和/或永久電荷技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高崩潰電壓的橫向功率半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法。這些新結(jié)構(gòu)具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)組件的優(yōu)點(diǎn)，特別是具有低特征導(dǎo)通電阻(rsp)、更具成本效益并且與諸如場平板、保護(hù)環(huán)或接面終結(jié)延伸(jte)的一般的終端結(jié)構(gòu)兼容。

圖1a示出了本發(fā)明的一個實(shí)施例的具有源極金屬102、閘極106和汲極金屬104的橫向n通道m(xù)osfet晶體管的俯視圖，源極金屬102、閘極106和汲極金屬104全部可在組件表面處進(jìn)入?？梢姷倪€有場平板108、n型漂移區(qū)122的位置和橫向側(cè)接漂移區(qū)的兩個溝槽110。

圖1b示出了沿著圖1a所示的組件的線a-a的橫截面。如圖所示，該組件具有p型基板121、n型漂移區(qū)122、填充有諸如二氧化硅sio2(氧化物)的介電質(zhì)材料的溝槽110和鄰近溝槽110的側(cè)壁的p型電荷平衡區(qū)112。圖1b亦示出覆蓋介電質(zhì)層131，例如，氧化物。

在蝕刻溝槽之前，將n型漂移區(qū)122植入并驅(qū)入到所需的接面深度?；蛘撸琻型漂移區(qū)122可以在使用傾斜角植入或使用諸如通過溝槽側(cè)壁的電漿離子布植的技術(shù)的溝槽蝕刻之后(并隨后擴(kuò)散)進(jìn)行植入。在該示例中，p型電荷平衡區(qū)112(在蝕刻溝槽之后)通過溝槽側(cè)壁(并且隨后擴(kuò)散)被植入。溝槽110的深度可以是例如5至20微米。n型漂移區(qū)122和p型電荷平衡區(qū)112基于它們的摻雜濃度、寬度和厚度被設(shè)計，使得這兩層在崩潰電壓下都被完全空乏。這有助于提供均勻的電場分布和更高的崩潰電壓。使n型漂移區(qū)122和p型區(qū)112都植入可獲得更精確的電荷平衡控制，這是任何電荷平衡組件所需要的。在不需要磊晶層的情況下使用p型基板會導(dǎo)致較低成本的制程，并且與一般的cmos制程兼容。下面給出具體的例子。

選擇p型基板摻雜以支持所需的崩潰電壓，例如700v。

圖1b還示出了p型漂移、n型漂移和p型基板區(qū)中代表性的空乏邊界。為了清楚起見，這在off狀態(tài)下顯示在小于全電壓下；然而，優(yōu)選的是，p型電荷平衡區(qū)112和n型漂移區(qū)122都在崩潰電壓下完全空乏。在n型漂移區(qū)122中，空乏部122’將具有正的空間電荷。由于移動電子(mobileelectron)已經(jīng)被排出，所以不動的離子化摻雜原子，例如，施體物質(zhì)如砷或磷，將具有凈正電荷。類似地，在p型電荷平衡區(qū)112和p型基板121中，空乏部112’和121’將具有負(fù)空間電荷。(由于移動電洞已被排出，不動的離子化摻雜原子，例如硼將具有凈負(fù)電荷。)

圖1c示出了沿著圖1a所示的組件的線b-b的橫截面。該圖示出了包括n+源極區(qū)142、p型基極區(qū)146及p+基極接觸區(qū)144的平面閘極結(jié)構(gòu)。p+基極接觸區(qū)144可以是平面的，或者可以使用淺溝槽接觸來制造。溝槽110填充有諸如二氧化硅的介電質(zhì)材料。具有階梯狀氧化物厚度的多晶硅閘極106被使用，并且與源極金屬102組合而成場平板。該結(jié)構(gòu)的一個重要特征是n型漂移區(qū)122在p型基極區(qū)146和n型漂移區(qū)122的界面處與閘極106的總寬度或整個寬度重疊。這為從通道流入n型漂移區(qū)122的電子流提供了有效的擴(kuò)散路徑；電流在橫向和縱向均勻擴(kuò)散，從而導(dǎo)致低的rsp。在汲極的深n+下沉區(qū)151用于收集電子流以降低導(dǎo)通電阻。在汲極接觸處，連接到汲極金屬的多晶硅層用作場平板以減少電場。

圖1d示出了沿著圖1a所示的組件的線c-c的橫截面。該圖示出了n+源極142、p型基極區(qū)146(其中通道在組件導(dǎo)通時經(jīng)由反轉(zhuǎn)而形成)、多晶硅閘極106、n型漂移區(qū)122及連接到汲極金屬104的深n+下沉區(qū)151。需注意的是，在該實(shí)施例中，電荷平衡區(qū)112在溝槽110的下方延伸，并且橫向鄰近溝槽110。

對于700v額定電壓的具體示例，其可以如以下的尺寸和摻雜來實(shí)現(xiàn)上述關(guān)系：

·基板121：用硼摻雜至例如約3e14(即3×1014)cm-3。

·基極區(qū)146：用硼摻雜至峰值濃度約1×1017cm-3。

·漂移區(qū)122：例如，7微米深，用磷植入例如3-6×1012cm-2。

·電荷平衡區(qū)112：例如，約1-2微米厚，用硼植入例如1-2×1012cm-2。

圖1e示出了沿著圖1a所示的組件的線c-c的替代結(jié)構(gòu)的橫截面。圖1e所示的結(jié)構(gòu)類似于圖1d所示的結(jié)構(gòu)，除了其使用局部場氧化(locos)制程以形成在硅表面下方延伸的部分凹陷的場氧化物131’。

圖1f示出了沿著圖1a所示的組件的線a-a的替代結(jié)構(gòu)的橫截面。圖1f所示的結(jié)構(gòu)通常略微類似于圖1d所示的結(jié)構(gòu)，除了其溝槽110未完全填充介電材料并且其包括空隙或氣隙111。

圖2a和2b示出了另一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，其通常略微類似于圖1b和1c所示的結(jié)構(gòu)，但也具有通常位于溝槽底部的n型底部區(qū)123。在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)超級接面組件的電荷平衡的制程窗口很窄。由于p型基板的電荷共享效應(yīng)，電荷共享效應(yīng)由于其空乏電荷沿n型漂移區(qū)橫向變化，所以這種效應(yīng)在橫向超級接面組件中更具挑戰(zhàn)性。具有n型溝槽底層123提供了通過在溝槽側(cè)壁和溝槽底部分離電荷來減輕這種三維問題的方法。n型區(qū)123的摻雜被調(diào)整，使得在崩潰電壓下，其沿其長度以均勻的電場而被完全空乏，以使電荷平衡制程控制窗口最大化。

圖3a和3b示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，其通常略微類似于圖1b和1c所示的結(jié)構(gòu)，但是其在溝槽的底部也具有p型區(qū)113。p型平衡區(qū)112的摻雜優(yōu)選地小于p型溝槽底部區(qū)113的摻雜。類似地，p型溝槽底部113被調(diào)整，使得在崩潰電壓下，其以均勻的電場沿著長度而被完全空乏，以使電荷平衡制程控制窗口最大化。

圖4示出另一個實(shí)施例，其中永久電荷181(在該示例中為正，并且例如通過植入銫離子在例如硅-氧化硅界面處產(chǎn)生)在沿著溝槽側(cè)壁的硅中產(chǎn)生電子反轉(zhuǎn)層，這提供了在現(xiàn)狀中導(dǎo)引電流的另一條路徑，因此進(jìn)一步減少了rsp。

需注意的是，在這種情況下，cs+離子將增加電荷的不平衡，因此p型電荷平衡區(qū)112的總摻雜優(yōu)選地增加到例如約2e12cm-2。

圖1-圖4所示的組件具有通過使用電荷平衡技術(shù)來提供低rsp以允許增加n漂移區(qū)的摻雜濃度的優(yōu)點(diǎn)。此外，借由擴(kuò)散和植入的n漂移區(qū)、p層及n+下沉區(qū)的創(chuàng)新組合來避免對昂貴的磊晶層的需求。這提供了非常具有成本效益的結(jié)構(gòu)和制程。

此外，圖1-圖4所示的組件具有自隔離汲極，使得多個mosfet組件可以整合在具有不同汲極終端的同一基板上，而不需要它們之間的額外隔離。這樣的一個例子如圖5所示。該圖(未按比例)顯示了(在截面圖中)兩個不同的功率mosfet整合在單個晶粒上。兩個mosfet分別具有獨(dú)立的汲極觸點(diǎn)(drain1和drain2)，其可以處于不同的電位。汲極接面由于n+下沉區(qū)(n漂移)和p型基板之間的接面而被隔離。這顯著地簡化了整合結(jié)構(gòu)并降低了成本。這不僅限于兩個功率mosfet，而且可以包括任何數(shù)量的附加功率mosfet。優(yōu)選地，如本文所述，每個功率mosfet包括與橫向通道相鄰的電荷平衡區(qū)。

圖6示出另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)除了包括屏蔽電極208(其優(yōu)選地連接到源極)之外，其通常與圖1d所示的結(jié)構(gòu)類似。該屏蔽電極降低了閘極-汲極電容cgd(或等效于閘極-汲極電荷qgd)，其為高速開關(guān)應(yīng)用的重要要求。

圖7a和圖7b示出了另一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，其通常與圖1d和圖1f所示的結(jié)構(gòu)類似，但也具有p型表面區(qū)310。p型表面區(qū)310也提供空間電荷(在反向偏壓下)，其平衡漂移區(qū)的空間電荷。在這個創(chuàng)新中，n型漂移區(qū)的橫截面在四面都被p型電荷平衡材料包圍。這在漂移區(qū)中提供額外的電荷，同時保持崩潰電壓下的電荷平衡。這允許增加n-漂移摻雜濃度而不降低崩潰電壓。這導(dǎo)致rsp的進(jìn)一步減少。在圖中未示出的組件的某些位置處，p-表面層連接到p-基極/p+源極觸點(diǎn)。在該示例中，p型表面區(qū)310中的摻雜為約1-2×1012cm-2。

圖8a和圖8b示出了另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，其通常略微類似于圖1d和圖2b所示的結(jié)構(gòu)，但也包括在p-層之下的附加背n層125。這種結(jié)構(gòu)提供了源極區(qū)和基板之間的隔離。一個選擇是通過晶圓背面的擴(kuò)散或植入來形成背n層125。

圖8a-圖8b的結(jié)構(gòu)允許功率mosfet具有與底部背面觸點(diǎn)隔離的分離的各個源極區(qū)。這是一個重要的優(yōu)點(diǎn)。

圖9a和圖9b示出了另一個組件結(jié)構(gòu)，其中n型漂移區(qū)122也圍繞p型基極區(qū)146。該結(jié)構(gòu)允許具有相互隔離的相應(yīng)源極區(qū)的功率mosfet被組合在單一晶粒上。這是一個主要的優(yōu)點(diǎn)。

圖10a和圖10b示出了通常略微類似于圖8a和圖8b所示的替代組件結(jié)構(gòu)，但是在p型基板121、p型阱區(qū)120和p型溝槽底層113之間添加n型掩埋層1002(類似于圖3a-圖3b)。這種結(jié)構(gòu)有利地提供了如上所述的隔離源極終端。

需注意的是，這些隔離源極結(jié)構(gòu)可以(并且仍然優(yōu)選地)結(jié)合圖5的自隔離汲極。這種實(shí)施方式提供了進(jìn)一步的協(xié)同優(yōu)點(diǎn)：通過在單個晶粒上具有多個完全隔離的功率通道，這可以在單個晶粒上整合多個功率組件。這允許系統(tǒng)設(shè)計人員將更多功能整合到單一芯片解決方案中。

圖11a和圖11b示出了另一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，其通常與圖1c和圖1d所示的結(jié)構(gòu)相似，但是其在絕緣層上硅(silicon-on-insulator,soi)材料中實(shí)現(xiàn)。在這種結(jié)構(gòu)中，soi屏障電介質(zhì)1102將主動組件區(qū)與soi基板1121分離。在該示例中，基板1121是如在上述的實(shí)施例中的p型硅，但是替代方案也是可能的。如果需要，電介質(zhì)填充溝槽1111提供完全的介電隔離。

圖12a-圖12d示出了形成n型漂移區(qū)(使用適當(dāng)?shù)尿?qū)入時間和植入或其他摻雜劑引入后的溫度以實(shí)現(xiàn)期望的擴(kuò)散長度根dt)，以及接著蝕刻溝槽、使用零角度傾斜植入形成p層及n型溝槽底部區(qū)，并填充溝槽的步驟的一個示例實(shí)施方式。

圖12e-圖12h示出了一種替代方法，其中通過傾斜角度植入或使用諸如在蝕刻溝槽之后通過溝槽側(cè)壁(并隨后擴(kuò)散)的電漿離子布植技術(shù)形成n型漂移層。后一種方法允許使用深溝槽，這導(dǎo)致進(jìn)一步的rsp降低。

圖13a示出了另一個實(shí)施例，其通常略微類似于圖1a所示的實(shí)施例，但是具有由諸如氧化物的介電質(zhì)材料排列并且填充有場平板1310的溝槽側(cè)壁。在該示例中，場平板是由多晶硅制成，其被重?fù)诫s為諸如磷的n型摻雜。場平板1310優(yōu)選地被偏壓到源極或門極電位，或者可以是浮動的。

沿著溝槽側(cè)壁的氧化物層寬度可以比溝槽的汲極末端處的厚度更薄。這可以通過，例如用厚氧化物層填充溝槽，然后使用光阻在某些區(qū)域中蝕刻氧化物層，接著生長或沉積更薄的氧化物層來實(shí)現(xiàn)。該步驟優(yōu)選地在多晶硅層沉積后進(jìn)行。

圖13b示出了另一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，其通常略微類似于圖13a所示的結(jié)構(gòu)，但其具有由氧化物層分離的多個多晶硅區(qū)域。實(shí)際上，這提供了分段場平板結(jié)構(gòu)。多晶硅區(qū)可以被偏壓或浮動。

圖13c示出了沿著圖13a和圖13b的線a-a的橫截面。

圖14a示出了金屬化的實(shí)施例。這是橫向n通道晶體管的俯視圖，其具有汲極指尖、源極、閘極和汲極終端。沿著線y-y的橫截面可以是例如圖1d、圖6、圖7a、圖8a和圖11b中任一個所示的橫截面。

圖14b是沿著圖14a所示的組件的線x-x的橫截面圖，其示出了使用場平板1402在階梯方式上以增加的電介質(zhì)厚度朝著邊緣延伸的一個實(shí)施方式；這允許場平板使最接近接面的半導(dǎo)體材料中的電位梯度平整，同時避免場平板外緣的電位的任何急劇變化。

應(yīng)當(dāng)注意的是，組件的表面可以被附加的合適的介電材料覆蓋，例如氮化硅或類似的鈍化層。為了簡單起見，在先前的圖中未示出這樣的鈍化層。

圖14c示出了另一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，其中在終端中使用浮動n型保護(hù)環(huán)1412。應(yīng)當(dāng)注意的是，組件的表面可以被附加的合適的介電材料覆蓋，例如氮化硅或類似的鈍化層。為了簡化起見，在前面的附圖中沒有示出這種鈍化層，但通常包括在內(nèi)。

圖15a示出了另一示例，其中組件邊界使用soi結(jié)構(gòu)。

圖15b示出了使用部分soi結(jié)構(gòu)來改善熱散逸的組件終端的另一實(shí)施例。

圖16a示出另一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。該圖示出了橫向igbt的俯視圖，其中射極終端1602、閘極終端1604和集極終端1606全部可在組件表面處進(jìn)入。

圖16b示出了沿著圖16a所示的組件的線a-a的橫截面。

圖16c示出了沿著圖16a所示的組件的線b-b的橫截面。圖16c的結(jié)構(gòu)通常有些類似于圖1c所示的結(jié)構(gòu)，除了在汲極處的深n+下沉區(qū)被集極觸點(diǎn)處的n型緩沖層和p+層替代。

圖16d示出了沿著圖10a所示的組件的線c-c的橫截面。該圖中的結(jié)構(gòu)通常有些類似于圖1d所示的結(jié)構(gòu)，除了汲極處的深n+下沉區(qū)被集極觸點(diǎn)處的n型緩沖層1632和p+層1634替代。

圖17a-圖17d示出了除了使用部分soi之外，橫向igbt的另一實(shí)施例，其通常略微類似于圖16a-圖16d所示。圖17a示出了沿圖16a所示俯視圖的線a-a的橫截面，圖17b示出了沿著線b-b的橫截面。

圖17c示出了沿著線b-b的替代實(shí)施例的橫截面。

圖17d示出了沿圖16a所示的俯視圖的線c-c的橫截面。

優(yōu)點(diǎn)

在各種實(shí)施例中，其所公開的創(chuàng)新提供至少以下優(yōu)點(diǎn)中的一個或多個。然而，并不是所有這些優(yōu)點(diǎn)都是由所公開的每一項(xiàng)創(chuàng)新產(chǎn)生的，并且下列的優(yōu)點(diǎn)并不限制各種要求保護(hù)的發(fā)明。

·導(dǎo)通電阻較低的功率半導(dǎo)體組件；

·成本較低的功率半導(dǎo)體組件；

·不需要磊晶材料的功率半導(dǎo)體組件；

·具有更好的電荷平衡控制的功率超級接面半導(dǎo)體組件；

·可整合的功率半導(dǎo)體組件；

·具有更強(qiáng)耐用性的功率半導(dǎo)體組件；

·具有較高崩潰電壓的功率半導(dǎo)體組件；

·具有多個獨(dú)立電源驅(qū)動器的晶粒；以及

·具有多個獨(dú)立電源驅(qū)動器的晶粒，加上小信號電路，全部整合到一起。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種橫向功率半導(dǎo)體組件，包括：第一導(dǎo)電型的源極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分，基極區(qū)的一部分與源極區(qū)橫向相鄰；第一導(dǎo)電型的汲極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從源極區(qū)通過通道、漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的單一表面附近，以當(dāng)通道存在時，允許載流子的主要橫向流動；以及第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向限制漂移區(qū)的一部分，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接；其中，當(dāng)閘極沒有反轉(zhuǎn)基極區(qū)時，在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓，漂移區(qū)及與漂移區(qū)相鄰的電荷平衡區(qū)在發(fā)生崩潰前實(shí)質(zhì)上為被空乏。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種橫向功率半導(dǎo)體組件，包括：第一導(dǎo)電型的源極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；第一導(dǎo)電型的汲極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從源極區(qū)通過通道、漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于大部分的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體材料之內(nèi)；第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接；以及第一導(dǎo)電型的多個底部區(qū)，其位于溝槽下方；其中，當(dāng)在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓時，第二導(dǎo)電型的電荷平衡區(qū)的空乏部的空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的空間電荷，并且第一導(dǎo)電型底部區(qū)的空乏部的空間電荷將至少部分地平衡第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體大部分的空乏部的空間電荷。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種橫向功率半導(dǎo)體組件，包括：第一導(dǎo)電型的源極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；第一導(dǎo)電型的汲極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從源極區(qū)通過通道、橫向通過漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于大部分的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體材料之內(nèi)；第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接；以及第二導(dǎo)電型的上部區(qū)，其覆蓋在漂移區(qū)上；其中，當(dāng)在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓時，第二導(dǎo)電型的電荷平衡區(qū)和上部區(qū)空乏部的空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的空間電荷。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種橫向功率半導(dǎo)體組件，包括：n型的源極區(qū)；p型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；n型的汲極區(qū)；n型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的正電壓時，電子可以從源極區(qū)通過通道、橫向通過漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于大部分的p型半導(dǎo)體材料之內(nèi)；以及p型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接，絕緣溝槽包括不動的正靜電荷；以及其中，當(dāng)在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓時，p型的電荷平衡區(qū)的空乏部的負(fù)空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的正空間電荷與絕緣溝槽中不動的電荷。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種功率半導(dǎo)體組件，包括在單個晶粒上的多個橫向功率晶體管，每個橫向功率晶體管包括：第一導(dǎo)電型的源極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；第一導(dǎo)電型的汲極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從源極區(qū)通過通道、橫向通過漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于大部分的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體材料之內(nèi)；第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接；其中，當(dāng)在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓時，第二導(dǎo)電型的電荷平衡區(qū)和上部區(qū)的空乏部的空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的空間電荷；以及其中，橫向功率晶體管的相應(yīng)的汲極區(qū)由大部分的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體材料的中間部分彼此隔離。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種橫向功率半導(dǎo)體組件，包括：第一導(dǎo)電型的源極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；第一導(dǎo)電型的汲極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從源極區(qū)通過通道、橫向通過漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于第二導(dǎo)電型阱內(nèi)，第二導(dǎo)電型阱覆蓋一第一導(dǎo)電型掩埋層，第一導(dǎo)電型掩埋層又覆蓋大部分的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體材料；第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接；以及其中，當(dāng)在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓時，第二導(dǎo)電型的電荷平衡區(qū)的空乏部的空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的空間電荷。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種具有雙極導(dǎo)通的橫向功率半導(dǎo)體組件，包括：第一導(dǎo)電型的射極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；第二導(dǎo)電型的集極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于集極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從射極區(qū)通過通道、漂移區(qū)到集極區(qū)，以及少數(shù)載流子從集極區(qū)通過漂移區(qū)而植入射極區(qū)；以及第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接；其中，當(dāng)在射極區(qū)和集極區(qū)之間存在反向偏壓時，第二導(dǎo)電型的電荷平衡區(qū)的空乏部的空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的空間電荷。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種用于切換電功率的方法，包括：驅(qū)動橫向功率半導(dǎo)體組件的閘極，包括：第一導(dǎo)電型的源極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分，基極區(qū)的一部分與源極區(qū)橫向相鄰；第一導(dǎo)電型的汲極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從源極區(qū)通過通道、漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于第二導(dǎo)電型的一半導(dǎo)體基板的單一表面附近，以當(dāng)通道存在時，允許載流子的主要橫向流動；以及第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向限制漂移區(qū)的一部分；其中，當(dāng)閘極沒有反轉(zhuǎn)基極區(qū)時，在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓，漂移區(qū)及與漂移區(qū)相鄰的電荷平衡區(qū)在發(fā)生崩潰前實(shí)質(zhì)上為被空乏。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種借由驅(qū)動橫向功率半導(dǎo)體組件的閘極以用于切換電功率的方法，半導(dǎo)體組件包括：第一導(dǎo)電型的源極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；第一導(dǎo)電型的汲極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從源極區(qū)通過通道、漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于大部分的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體材料之內(nèi)；第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接；以及第一導(dǎo)電型的多個底部區(qū)，其位于溝槽下方；其中，當(dāng)在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓時，第二導(dǎo)電型的電荷平衡區(qū)的空乏部的空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的空間電荷，并且第一導(dǎo)電型底部區(qū)的空乏部的空間電荷將至少部分地平衡第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體大部分的空乏部的空間電荷。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種借由驅(qū)動橫向功率半導(dǎo)體組件的閘極以用于切換電功率的方法，半導(dǎo)體組件包括：第一導(dǎo)電型的源極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；第一導(dǎo)電型的汲極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從源極區(qū)通過通道、橫向通過漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于大部分的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體材料之內(nèi)；第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接；以及第二導(dǎo)電型的一上部區(qū)，其覆蓋在漂移區(qū)上；其中，當(dāng)在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓時，第二導(dǎo)電型的電荷平衡區(qū)和上部區(qū)空乏部的空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的空間電荷。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種借由驅(qū)動橫向功率半導(dǎo)體組件的閘極以用于切換電功率的方法，半導(dǎo)體組件包括：n型的源極區(qū)；p型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；n型的汲極區(qū)；n型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的正電壓時，電子可以從源極區(qū)通過通道、橫向通過漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于大部分的p型半導(dǎo)體材料之內(nèi)；以及p型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接，絕緣溝槽包括不動的正靜電荷；以及其中，當(dāng)在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓時，p型的電荷平衡區(qū)的空乏部的負(fù)空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的正空間電荷與絕緣溝槽中不動的電荷。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種借由驅(qū)動橫向功率半導(dǎo)體組件的閘極以用于切換電功率的方法，半導(dǎo)體組件包括：在單個晶粒上的多個橫向功率晶體管，每個橫向功率晶體管包括：第一導(dǎo)電型的源極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；第一導(dǎo)電型的汲極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從源極區(qū)通過通道、橫向通過漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于大部分的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體材料之內(nèi)；第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接；其中，當(dāng)在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓時，第二導(dǎo)電型的電荷平衡區(qū)和上部區(qū)的空乏部的空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的空間電荷；以及其中，橫向功率晶體管的相應(yīng)的汲極區(qū)由大部分的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體材料的中間部分彼此隔離。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種借由驅(qū)動橫向功率半導(dǎo)體組件的閘極以用于切換電功率的方法，半導(dǎo)體組件包括：第一導(dǎo)電型的源極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；第一導(dǎo)電型的汲極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于汲極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從源極區(qū)通過通道、橫向通過漂移區(qū)到汲極區(qū)；其中，源極區(qū)、基極區(qū)、漂移區(qū)及汲極區(qū)都位于第二導(dǎo)電型阱內(nèi)，第二導(dǎo)電型阱覆蓋第一導(dǎo)電型掩埋層，第一導(dǎo)電型掩埋層又覆蓋大部分的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體材料；第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接；以及其中，當(dāng)在源極區(qū)和汲極區(qū)之間存在反向偏壓時，第二導(dǎo)電型的電荷平衡區(qū)的空乏部的空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的空間電荷。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供：一種借由驅(qū)動具有雙極導(dǎo)通的橫向功率半導(dǎo)體組件的閘極以用于切換電功率的方法，半導(dǎo)體組件包括：第一導(dǎo)電型的射極區(qū)；第二導(dǎo)電型的基極區(qū)及閘極，閘極電容耦合到基極區(qū)的一部分；第二導(dǎo)電型的集極區(qū)；第一導(dǎo)電型的漂移區(qū)，其以電氣關(guān)系橫向插入于集極區(qū)和基極區(qū)之間，使得當(dāng)閘極具有使基極區(qū)的一部分反轉(zhuǎn)以在其中形成一通道的電壓時，多數(shù)載流子可以從射極區(qū)通過通道、漂移區(qū)到集極區(qū)，以及少數(shù)載流子從集極區(qū)通過漂移區(qū)而植入射極區(qū)；以及第二導(dǎo)電型的多個電荷平衡區(qū)，其橫向側(cè)接漂移區(qū)，并且電荷平衡區(qū)被絕緣溝槽橫向側(cè)接；其中，當(dāng)在射極區(qū)和集極區(qū)之間存在反向偏壓時，第二導(dǎo)電型的電荷平衡區(qū)的空乏部的空間電荷將至少部分地平衡漂移區(qū)的空乏部的空間電荷。

根據(jù)一些但不必然全部的實(shí)施例，提供了用于橫向功率組件的方法和系統(tǒng)以及用于操作它們的方法，其以新的方式實(shí)現(xiàn)電荷平衡。在本發(fā)明的第一教示中，橫向傳導(dǎo)路徑由相反導(dǎo)電類型的區(qū)域橫向側(cè)接，相反導(dǎo)電類型的區(qū)域與隔離溝槽自對準(zhǔn)，隔離溝槽界定汲極區(qū)的表面幾何形狀。在本發(fā)明的第二教示中，其可以單獨(dú)使用或與第一教示協(xié)同組合，其中汲極區(qū)是自隔離的。在本發(fā)明的第三教示中，其可以與第一和/或第二教示的協(xié)同組合，其中源極區(qū)也彼此隔離。在本發(fā)明的第四教示中，橫向傳導(dǎo)路徑也由相反導(dǎo)電類型的附加區(qū)域覆蓋。

修改和變化

如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的，本發(fā)明中描述的創(chuàng)新概念可以在很大范圍的應(yīng)用中被修改和變化，因此專利目標(biāo)的范圍不限于任何給出的具體示范性教導(dǎo)。其旨在包含落入所附權(quán)利要求書的精神和廣泛范圍內(nèi)的所有替代方案、修改和變化。

例如，應(yīng)當(dāng)注意，深n+下沉區(qū)可以比n型漂移層更深或更淺。此外，可以通過使用填充有諸如鎢的導(dǎo)電材料并被由磷或砷植入所形成的n+層包圍的深溝槽來形成n+下沉區(qū)。

例如，還應(yīng)當(dāng)注意，常用的技術(shù)例如局部場氧化(localfieldoxidation,locos)可用于形成厚場氧化物。

實(shí)現(xiàn)高崩潰和低電阻所需的摻雜水平由眾所周知的電荷平衡條件決定。使用本公開中描述的方法制造的組件的具體電特性取決于許多因素，包括層的厚度、它們的摻雜水平、所使用的材料、布局的幾何形狀等。本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將意識到，可以使用仿真、實(shí)驗(yàn)或其組合來確定按預(yù)期操作所需的設(shè)計參數(shù)。

雖然本公開中所示的圖形在質(zhì)量上是正確的，但是在實(shí)踐中使用的幾何形狀可能不同，并且不應(yīng)被視為限制。本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)際的單元布局將根據(jù)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)而變化，并且本文所示的任何描述不應(yīng)被視為以任何方式的限制。

雖然這里僅示出了n通道m(xù)osfet，但是通過本發(fā)明，p通道m(xù)osfet可以簡單地通過改變永久電荷的極性(如果有的話)和交換任何圖中的n型和p型區(qū)域來實(shí)現(xiàn)。這是本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員所熟知的。

另外，盡管僅示出了mosfet和igbt，但是使用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)許多其它組件結(jié)構(gòu)，包括二極管、閘流體、jfet、bjt等。

應(yīng)當(dāng)注意，深n+下沉區(qū)可以比n型漂移層更深或更淺。此外，可以通過使用填充有諸如鎢的導(dǎo)電材料并被由磷或砷植入所形成的n+層包圍的深溝槽來形成n+下沉區(qū)。

在一些實(shí)施例中，用于平衡區(qū)112的寬度部分取決于平衡區(qū)112和漂移區(qū)122之間的摻雜濃度的比率。

還應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例的許多組合可以被實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明所屬領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，其它發(fā)明構(gòu)思也可以在前述中直接地或在其中公開。沒有發(fā)明是被放棄的。

本發(fā)明中的任何描述都不應(yīng)被理解為暗示任何特定的元素、步驟或功能是必須包含在權(quán)利要求書內(nèi)的基本要素：被授權(quán)目標(biāo)的范圍僅由核準(zhǔn)的權(quán)利要求書界定。

所提出的權(quán)利要求書旨在盡可能全面，無故意放棄、奉獻(xiàn)或拋棄。