具有場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)和輔助二極管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件，更具體地涉及具有場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)和輔助二極管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]用作開關(guān)器件的功率半導(dǎo)體器件通常包括IGFET (絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管)單元。在正向模式下，柵極電極處的適當(dāng)電位引發(fā)通過(guò)主體區(qū)域的反型溝道。該反型溝道旁通了在主體區(qū)域與漂移區(qū)之間的反向偏置pn結(jié)。在反向阻斷模式下，從正側(cè)延伸到半導(dǎo)體裸片中的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)耗盡這些補(bǔ)償結(jié)構(gòu)之間的半導(dǎo)體臺(tái)體，從而使得在不對(duì)阻斷能力產(chǎn)生負(fù)面影響的情況下半導(dǎo)體臺(tái)體可以具有更高的摻雜劑濃度。高摻雜劑濃度又降低了該半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通狀態(tài)電阻。功率半導(dǎo)體器件的典型開關(guān)應(yīng)用包括開關(guān)操作循環(huán)，其中在主體區(qū)域與漂移區(qū)域之間的pn結(jié)正向偏置并且輸送切換電流?？缰黧w區(qū)域與漂移區(qū)域之間的正向偏置pn結(jié)的電壓降對(duì)該半導(dǎo)體器件在開關(guān)應(yīng)用中的總切換損耗有顯著的貢獻(xiàn)。
[0003]期望提供具有低開關(guān)損耗的半導(dǎo)體器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目標(biāo)通過(guò)使用獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些獨(dú)立權(quán)利要求涉及進(jìn)一步的實(shí)施例。
[0005]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體器件包括場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)，這些場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)沿與半導(dǎo)體主體的第一表面垂直的方向延伸。單元臺(tái)體由半導(dǎo)體主體的位于這些場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)之間的部分構(gòu)成并且包括主體區(qū)域，這些主體區(qū)域與漂移區(qū)域一起形成第一 pn結(jié)。場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)之間的柵極結(jié)構(gòu)控制通過(guò)主體區(qū)域的電流。具有小于第一 pn結(jié)的正向電壓的輔助二極管結(jié)構(gòu)與第一 pn結(jié)并聯(lián)電連接，其中輔助二極管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體部分形成于單元臺(tái)體中。
[0006]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，一種電子組件包括半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)，這些場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)沿與半導(dǎo)體主體的第一平面垂直的方向延伸。單元臺(tái)體由半導(dǎo)體主體的位于這些場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)之間的部分構(gòu)成并且包括主體區(qū)域，這些主體區(qū)域與漂移區(qū)域一起形成第一 pn結(jié)。場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)之間的柵極結(jié)構(gòu)控制通過(guò)這些主體區(qū)域的電流。具有小于第一 pn結(jié)的正向電壓的輔助二極管結(jié)構(gòu)與第一 pn結(jié)并聯(lián)電連接。輔助二極管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體部分形成于單元臺(tái)體中。
[0007]通過(guò)閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明以及通過(guò)查看附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]附圖用于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明并且并入本文并且構(gòu)成本說(shuō)明的一部分。附圖示出了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例并且與說(shuō)明一起用于解釋本發(fā)明的原理。參考以下詳細(xì)說(shuō)明可以更好地理解從而容易地了解到本發(fā)明的其他實(shí)施例和目標(biāo)優(yōu)勢(shì)。
[0009]圖1A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的垂直截面示意圖，該實(shí)施例涉及輔助二極管結(jié)構(gòu)，在該輔助二極管結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體部分形成于柵極電極結(jié)構(gòu)與場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)之間的單元臺(tái)體中。
[0010]圖1B是圖1A中所示的IGFET單元電路原理圖。
[0011]圖2A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的垂直截面示意圖，該實(shí)施例涉及形成于單元臺(tái)體中并且與場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)直接毗連的的肖特基二極管。
[0012]圖2B是示出半導(dǎo)體器件的正向特性以介紹各實(shí)施例的效果的示意圖。
[0013]圖2C是示出半導(dǎo)體器件的阻斷特性以介紹各實(shí)施例的效果的示意圖。
[0014]圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的垂直截面示意圖，該實(shí)施例涉及沿單元臺(tái)體形成并且與場(chǎng)電極直接紙連肖特基接觸。
[0015]圖3B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的垂直截面示意圖，該實(shí)施例涉及基于半導(dǎo)體主體的第一表面與場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)之間的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的肖特基接觸。
[0016]圖3C是沿線C-C截取的圖3B所示的半導(dǎo)體器件部分的水平截面示意圖。
[0017]圖3D是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的垂直截面示意圖，該實(shí)施例涉及形成于與場(chǎng)電極和柵極電極隔開的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的尖端處并且延伸到單元臺(tái)體中的肖特基接觸。
[0018]圖4A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的水平截面示意圖，該實(shí)施例涉及分別形成于場(chǎng)電極溝槽中的肖特基接觸和柵極電極。
[0019]圖4B是沿線B-B截取的圖4A所示的半導(dǎo)體器件部分的垂直截面示意圖。
[0020]圖5A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的水平截面示意圖，該實(shí)施例涉及多列(line)交替布置的MGD(MOS柵控二極管)和針狀場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)。
[0021]圖5B是沿線B-B截取的圖5A所示的半導(dǎo)體部件部分的垂直截面示意圖。
[0022]圖5C是沿線C-C截取的半導(dǎo)體器件部分的垂直截面示意圖。
[0023]圖6A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的水平截面示意圖，該實(shí)施例涉及沿列交替布置并且彼此連接的MGD和場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)。
[0024]圖6B是沿線B-B截取的圖6A中所示的半導(dǎo)體器件部分的垂直截面示意圖。
[0025]圖6C是沿線C-C截取的圖6A中所示的半導(dǎo)體器件部分的垂直截面示意圖。
[0026]圖7A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的水平截面示意圖，該實(shí)施例涉及與包括連接部分的針狀場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)交替布置的MGD。
[0027]圖7B是沿線B-B截取的圖7A所示的半導(dǎo)體器件部分的垂直截面示意圖。
[0028]圖8A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的水平截面示意圖，該實(shí)施例涉及條帶狀柵極結(jié)構(gòu)、以及具有形成于場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)的垂直投影中的二極管電極的MGD。
[0029]圖8B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的水平截面示意圖，該實(shí)施例涉及柵格狀柵極結(jié)構(gòu)、以及具有形成于場(chǎng)電極結(jié)構(gòu)的垂直投影中的二極管電極。
[0030]圖8C是沿線C-C截取的圖8A和圖8B中所示的半導(dǎo)體器件部分的水平截面示意圖。
[0031]圖8D是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的垂直截面示意圖，該實(shí)施例涉及具有與源極和主體區(qū)域形成直接接口的二極管電極的MGD。
[0032]圖8E是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的截面示意圖，該實(shí)施例涉及具有與源極和主體區(qū)域形成直接接口并且主體區(qū)域?qū)挾炔煌亩O管電極的MGD。
[0033]圖9A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一部分的水平截面示意圖，該實(shí)施例涉及分別形成于場(chǎng)電極溝槽內(nèi)的MGD和柵極電極結(jié)構(gòu)。
[0034]圖9B是沿線B-B截取的圖9A所示的半導(dǎo)體器件部分的垂直截面示意圖。
[0035]圖10是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的包括功率半導(dǎo)體器件的電子組件的電路原理圖。
[0036]圖11是用于示出各實(shí)施例的效果的圖10所示的電子組件處的信號(hào)的示意圖時(shí)間表。
[0037]圖12是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)電子組件的電路原理圖，該電子組件包括功率半導(dǎo)體器件。
【具體實(shí)施方式】
[0038]在以下具體說(shuō)明中，將參照附圖，其中附圖是本說(shuō)明書的一部分并且以圖示的方式示出了可以實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。應(yīng)了解，可以使用其他實(shí)施例并且可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯更改。例如，針對(duì)一個(gè)實(shí)施例說(shuō)明或描述的特征可以用于其他實(shí)施例或者與其他實(shí)施例結(jié)合使用，以得到另一個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明意圖包括這種修改和更改。各示例將使用具體語(yǔ)言進(jìn)行描述，該描述不應(yīng)視作限制隨附權(quán)利要求書的范圍。附圖并未按比例繪制并且僅用于說(shuō)明。為清楚起見，如果未做其他規(guī)定，則不同附圖中的對(duì)應(yīng)附圖標(biāo)記指代的是相同元件。
[0039]術(shù)語(yǔ)“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等均為開放性含義，這些術(shù)語(yǔ)表示存在所指出的結(jié)構(gòu)、元件或特征，但不排除其他元件或特征。除非上下文明確另作規(guī)定，否則“一”、“一個(gè)”和“該”意圖同時(shí)包含復(fù)數(shù)和單數(shù)含義。
[0040]術(shù)語(yǔ)“電連接”描述的是在電連接的元件之間的永久低歐姆連接，例如，相關(guān)元件之間的直接接觸、或者經(jīng)由金屬和/或高度摻雜半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)的低歐姆連接。術(shù)語(yǔ)“電耦合”包括，可以在電耦合元件之間提供適于信號(hào)傳輸?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)中間元件，例如，可控制為臨時(shí)地在第一狀態(tài)下提供低歐姆連接而在第二狀態(tài)下提供高歐姆連接的元件。
[0041]附圖通過(guò)在摻雜類型“η”或“p”旁邊標(biāo)注或“ + ”來(lái)說(shuō)明相對(duì)摻雜濃度。例如，“η ”是指摻雜濃度小于“η”摻雜區(qū)的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)的摻雜濃度大于“η”摻雜區(qū)。相同相對(duì)摻雜濃度的摻雜區(qū)不一定具有相同的絕對(duì)摻雜濃度。例如，兩個(gè)不同的“η”摻雜區(qū)的絕對(duì)摻雜濃度可能相同或者不同。
[0042]圖1Α到圖1Β涉及半導(dǎo)體器件500，該半導(dǎo)體器件包括多個(gè)相同的IGFET(絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管)單元TC。半導(dǎo)體器件500可以是或者可以包括逆導(dǎo)功率IGFET，例如，功率M0SFET (金屬氧化物半導(dǎo)體FET)在常規(guī)意義上包括具有金屬柵極的FET以及具有非金屬柵極的FET。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體器件500可以是IGBT。
[0043]半導(dǎo)體器件500基于單晶體半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體主體100，該單晶體半導(dǎo)體材料例如是硅(Si)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、硅鍺晶體(SiGe)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)或者其他任何^而半導(dǎo)體。
[0044]在正側(cè)上，半導(dǎo)體主體100具有第一表面101，該表面可以是近似平面的、或者可以由跨共面表面部分的平面所限定。半導(dǎo)體主體100的相對(duì)的背側(cè)處的平面的第二表面102平行于第一表面101延伸。第一表面101與第二表面102之間的距離是電壓阻斷能力的函數(shù)并且至少為20 μ m。根據(jù)其他實(shí)施例，該距離可以在不超過(guò)，例如，250 μ m的范圍內(nèi)。相對(duì)于第一表面101和第二表面102傾斜的側(cè)面連接第一表面101和第二表面102。
[0045]在平行于第一表面101的平面中，半導(dǎo)體主體100可以具