电荷补偿结构及用于其的制造

电荷补偿结构及用于其的制造
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及具有电荷补偿结构的场效应半导体器件及用于其的制造方法，特别是涉及在有源区域中具有电荷补偿结构的功率半导体器件。
【背景技术】
[0002]半导体晶体管、特别是场效应控制开关器件(例如金属氧化物场效应晶体管(M0SFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT))已经用于各种应用，包括但不限于作为在电源和功率转换器、电动汽车、空调和甚至立体声系统中的开关的使用。特别是关于能够切换大电流和/或在较高电压下操作的功率器件，低导通电阻Ron、高击穿电压Ubd、高鲁棒性和/或良柔软性常常是期望的。
[0003]为了实现低导通电阻Ron和高击穿电压Ubd，发展了补偿半导体器件。补偿原理基于在垂直M0SFET的漂移区中的常常也被称为η和p掺杂柱区的η和ρ掺杂区中的电荷的相互补偿。
[0004]—般，由ρ型和η型区形成的电荷补偿结构布置在具有源极、主体区和栅极区的实际M0SFET结构之下，且也在相关联的M0S沟道之下，M0S沟道紧靠彼此而布置在半导体器件的半导体体积中，或彼此交错使得在断开状态中它们的电荷可相互耗尽以及在激活状态或导通状态中产生从在表面附近的源极电极到布置在后侧面上的漏极电极的不间断的低阻抗传导路径。
[0005]借助于ρ型和η型掺杂的补偿，载流区的掺杂可在补偿部件的情况下明显增加，这导致导通电阻Ron的明显减小，而不考虑载流区域的损耗。这样的半导体功率器件的导通电阻Ron的减小与在导通状态中的电流所产生的热的减小相关联，使得与常规半导体功率器件比较，具有电荷补偿结构的这样的半导体功率器件保持“冷”。
[0006]同时，功率半导体器件的开关损耗变得更重要。根据器件操作，输出电荷Qm (或输出电容Cm)和开关损耗Em分别存储于在断开状态中和在反向偏压期间形成的空间电荷区中，主要确定开关损耗。具有电荷补偿结构的半导体器件的所存储的电荷9<^可能比较高。这可导致明显高的开关损耗Em，当所存储的电荷Qm的相当大的部分在功率半导体器件的负载端子两端的高电压下被移除时。此外，输出电荷Qm必须被移除以实现阻断。这导致开关损耗和/或增加的损耗。
[0007]为了实现高击穿电压Ubd，可在围绕具有有源M0SFET单元的有源区域的外围区域中使用边缘终止结构。然而，外围区域需要芯片区域且因此增加成本。此外，边缘终止结构和外围区域分别可基本上有助于分别输出电荷Qm和输出电容Cm。开关损耗可甚至由外围区域支配。
[0008]因此，存在改进具有电荷补偿结构的半导体器件及制造那些半导体器件的需要。

【发明内容】

[0009]根据电荷补偿半导体器件的实施例，电荷补偿半导体器件具有额定击穿电压并包括半导体主体，其具有第一表面、在基本上平行于第一表面的水平方向上给半导体主体定界的边缘、有源区域以及布置在有源区域和边缘之间的外围区域。源极金属化布置在第一表面上。漏极金属化布置成与源极金属化相对。在基本上正交于第一表面的垂直横截面中，半导体主体还包括布置在外围区域中的本征半导体区以及在有源区域和外围区域中与第二柱区交替的多个第一柱区。第一柱区具有比本征半导体区更高的掺杂浓度，且与漏极金属化欧姆接触。有源区域的第二柱区经由具有比第二柱区高的掺杂浓度的相应的主体区与源极金属化欧姆接触。外围区域的第二柱区的至少大部分邻接连接区，其具有与第二柱区相同的导电类型并具有比主体区的邻接的最外边部分低的掺杂浓度。在邻近的第一柱区和第二柱区之间形成相应的pn结。第一柱区的最外边部分和第二柱区的最外边部分中的至少一个在水平位置处形成与本征半导体区的界面，在该水平位置处，当额定击穿电压施加在源极金属化和漏极金属化之间时，在第一表面处的电压是额定击穿电压的至少大约五分之一。
[0010]根据电荷补偿半导体器件的实施例，电荷补偿半导体器件包括半导体主体，其包括第一表面、布置成与第一表面相对的第二表面、在基本上平行于第一表面的水平方向上给半导体主体定界的边缘、延伸到第二表面的第一导电类型的漏极区、有源区域以及布置在有源区域和边缘之间的外围区域、布置在第一表面上的源极金属化和布置在漏极区上并与漏极区欧姆接触的漏极金属化。在基本上正交于第一表面的垂直横截面中，电荷补偿半导体器件还包括:与漏极金属化欧姆接触并布置在外围区域中并接近于第一表面的等电位区、布置在外围区域中并具有掺杂剂的第一浓度的低掺杂半导体区、以及在有源区域和外围区域中与第二柱区交替的多个第一柱区。第一柱区具有比第一浓度高的第一导电类型的掺杂剂的第二浓度，且与漏极区欧姆接触。第二柱区具有第二导电类型并与源极金属化欧姆接触。第一柱区的最外边部分和第二柱区的最外边部分中的至少一个形成与低掺杂半导体区的界面。在界面和等电位区之间的水平距离除以在第一表面和漏极区之间的垂直距离是在从大约0.5到大约3的范围内。
[0011]根据用于制造电荷补偿半导体器件的方法的实施例，该方法包括提供半导体主体，其包括第一表面、布置成与第一表面相对的第二表面、延伸到第二表面的第一导电类型的漏极区、有源区域以及围绕有源区域的外围区域。在基本上正交于第一表面的垂直横截面中，半导体主体还包括:具有掺杂剂的第一浓度并布置在外围区域中的低掺杂半导体区、在有源区域和外围区域中与第二柱区交替的多个第一柱区。第一柱区具有比第一浓度高的第一导电类型的掺杂剂的第二浓度。在邻接的第一柱区和第二柱区之间形成相应的pn结。第一柱区的最外边部分和第二柱区的最外边部分中的至少一个形成与低掺杂半导体区的界面。第二导电类型的连接区布置在外围区域中并邻接外围区域的第二柱区的至少大部分。该方法还包括在外围区域中形成至少紧靠第一表面的等电位结构，在第一表面上形成与有源区域的第二柱区和与连接区欧姆接触的源极金属化，形成与源极金属化相对并与等电位结构和第一柱区欧姆接触的漏极金属化，以及切割半导体主体以形成在第一表面和第二表面之间延伸并围绕有源区域的边缘。该方法被形成，使得在界面和等电位区之间的水平距离除以在第一表面和漏极区之间的垂直距离是在从大约0.5到大约3的范围内。
[0012]本领域中的技术人员在阅读下面的详细描述时和在观看附图时将认识到额外的特征和优点。
【附图说明】
[0013]附图中的部件并不一定按比例，相反将重点放在说明本发明的原理上。而且在附图中，相似的参考数字表示相应的部分。在附图中:
图1示出通过根据实施例的半导体器件的半导体主体的垂直横截面；
图2示出通过根据实施例的图1所示的半导体器件的垂直横截面的剖面；
图3示出通过根据实施例的半导体器件的半导体主体的垂直横截面；
图4示出通过根据实施例的半导体器件的半导体主体的垂直横截面；
图5示出通过根据实施例的半导体器件的半导体主体的垂直横截面；
图6示出通过根据实施例的半导体器件的半导体主体的垂直横截面；
图7示出通过根据实施例的半导体器件的半导体主体的垂直横截面；
图8示出通过根据实施例的半导体器件的半导体主体的垂直横截面；
图9示出通过根据实施例的半导体器件的半导体主体的垂直横截面；
图10示出在根据实施例的图2所示的半导体器件上的平面图；
图11示出在根据另一实施例的图2所示的半导体器件上的平面图；
图12示出在根据又一实施例的如图2所示的半导体器件上的平面图；
图13示出在根据又一实施例的如图2所示的半导体器件上的平面图；
图14示出根据实施例的掩模布局；以及图15不出根据实施例的掩模布局。
【具体实施方式】
[0014]在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，且其中作为例证示出本发明可被实施的特定实施例。在这个方面中，关于正被描述的附图的方位来使用方向术语例如“顶部”、“底部”、“前面”、“后面”、“最前面”、“末尾”等。因为实施例的部件可位于多个不同的方位中，方向术语用于例证的目的且决不是限制性的。应理解，其它实施例可被利用，且结构或逻辑变化可被做出而不偏离本发明的范围。下面的详细描述因此不应在限制性意义上被理解，且本发明的范围由所附权利要求限定。
[0015]现在详细参考各种实施例，其一个或多个示例在附图中示出。每一个示例通过解释被提供，且并不意味着作为本发明的限制。例如，被示出或描述为一个实施例的部分的特征可在其它实施例上或结合其它实施例来使用以产生又一实施例。意图是本发明包括这样的修改和变化。使用不应被解释为限制附随的权利要求的范围的特定语言描述了示例。附图并不按比例且仅为了例证性目的。为了清楚起见，相同的元件或制造步骤在不同的附图中由相同的参考符号表示，如果不是另有指定。
[0016]如在本说明书中使用的术语“水平”意在描述基本上平行于半导体衬底或主体的第一或主水平表面的方位。这可例如是晶片或管芯的表面。
[0017]如在本说明书中使用的术语“垂直”意在描述基本上正交于第一表面，即平行于半导体衬底或主体的第一表面的法线方向而布置的方位。同样，如在本说明书中使用的术语“水平”意在描述基本上平行于第一表面而布置的方位。
[0018]在本说明书中，半导体主体的半导体衬底的第二表面被考虑为由下或后侧表面形成，而第一表面被考虑为由半导体衬底的上、前或主表面形成。考虑到这个方位，如在本说明书中使用的术语“在…之上”和“在…之下”因此描述一个结构特征对另一结构特征的相对位置。
[0019]在本说明书中，η掺杂被称为第一导电类型，而ρ掺杂被称为第二导电类型。可选地，半导体器件可形成有相对的掺杂关系，使得第一导电类型可以是Ρ掺杂的，而第二导电类型可以是η掺杂的。此外，一些附图通过指示紧靠掺杂类型的“ + ”或而示出相对掺杂浓度。例如，“η ”意指比“η”掺杂区的掺杂浓度小的掺杂浓度，而“η+”掺杂区具有比“η”掺杂区的掺杂浓度大的掺杂浓度。然而，指示相对掺杂浓度并不意味着相同的相对掺杂浓度的掺杂区必须具有相同的绝对掺杂浓度，除非另有说明。例如，两个不同的η+掺杂区可具有不同的绝对掺杂浓度。同理适用于例如η+掺杂和ρ +掺杂区。
[0020]在本说明书中描述的特定实施例涉及