本说明书涉及具有二极管结构的功率半导体器件的实施例并且涉及处理具有二极管结构的功率半导体器件的实施例。
背景技术：
汽车、消费品和工业应用中的现代设备的许多功能，诸如转换电能以及驱动电动机或电机，依赖于功率半导体器件。例如绝缘栅双极型晶体管（igbt）、金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）和二极管，举几个例子，已经用于各种应用，所述各种应用包括但不限于电源和功率转换器中的开关。
功率半导体器件通常包括配置成沿器件的两个负载端子之间的负载电流路径传导负载电流的半导体主体。例如，功率半导体器件是二极管，或者相应地，包括二极管结构，以便允许正向或反向方向上的负载电流的流动并且阻断另一方向上的电压。
另外，功率半导体器件可以是受控器件。例如，可以提供接通功能以便允许正向电压被阻断。此外，可以提供关断功能以便抑制正向方向上的负载电流流动。
例如，负载电流路径可以借助于绝缘电极来控制，所述绝缘电极有时称为栅极电极。例如，当从例如驱动器单元接收到相应控制信号时，控制电极可以将功率半导体器件设置在导通状态（其还称为“开态”）和阻断状态之一中。
功率半导体器件通常应当展现低损耗。如果功率半导体器件包括晶体管功能，即提供开关能力，则总损耗基本上由开态损耗和由开关损耗形成。为了将开态损耗保持为低的，贡献于负载电流的电荷载流子的寿命应当相对长，而为了将开关损耗保持为低的，所述寿命应当相对短。
技术实现要素：
根据实施例，一种功率半导体器件包括耦合到第一负载端子和第二负载端子中的每一个的半导体主体。半导体主体包括具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区；至少一个二极管结构，其配置成在所述端子之间传导负载电流并且包括电气连接到第一负载端子的阳极端口和电气连接到第二负载端子的阴极端口；具有以比漂移区更高的掺杂剂浓度的第一导电类型的掺杂剂的场停止区，其中场停止区布置在阴极端口与漂移区之间。阴极端口包括具有第一导电类型的掺杂剂的第一端口部分和具有与第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂剂的第二端口部分，第二端口部分中的每一个与场停止区之间的过渡形成相应pn结，所述pn结沿第一横向方向延伸，其中所述pn结的相应一个在垂直于第一横向方向的延伸方向上的扩散电压大于与相应pn结的横向延伸横向重叠的横向电压降。
根据另外的实施例，一种功率半导体器件包括耦合到第一负载端子和第二负载端子中的每一个的半导体主体。半导体主体包括具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区；至少一个二极管结构，其配置成在所述端子之间传导负载电流并且包括电气连接到第一负载端子的阳极端口和电气连接到第二负载端子的阴极端口；具有以比漂移区更高的掺杂剂浓度的第一导电类型的掺杂剂的场停止区，其中场停止区布置在阴极端口与漂移区之间。阴极端口包括具有第一导电类型的掺杂剂的第一端口部分和具有与第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂剂的第二端口部分，第二端口部分中的每一个与场停止区之间的过渡形成相应pn结，所述pn结沿第一横向方向延伸。第二负载端子展现面向半导体主体的接触区域，并且其中，在功率半导体器件的有源区中，接触区域的与第二端口部分横向重叠的百分比份额是接触区域的与第一端口部分横向重叠的百分比份额的至多二分之一。接触区域的与第二端口部分横向重叠的百分比份额沿从功率半导体器件的二极管结构到相邻结构的方向增加，相邻结构包括边缘结构和晶体管结构中的至少一个。
根据另一实施例，一种处理功率半导体器件的方法，包括提供要耦合到功率半导体器件的第一负载端子和第二负载端子中的每一个的半导体主体，以及在半导体主体中形成：具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区；至少一个二极管结构，其配置成在所述端子之间传导负载电流并且包括要电气连接到第一负载端子的阳极端口和要电气连接到第二负载端子的阴极端口；具有以比漂移区更高的掺杂剂浓度的第一导电类型的掺杂剂的场停止区，其中场停止区布置在阴极端口与漂移区之间。该方法还包括在阴极端口中形成具有第一导电类型的掺杂剂的第一端口部分和具有与第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂剂的第二端口部分，第二端口部分中的每一个与场停止区之间的过渡形成相应pn结，所述pn结沿第一横向方向延伸；以及确保所述pn结的相应一个在垂直于第一横向方向的延伸方向上的扩散电压大于与相应pn结的横向延伸横向重叠的横向电压降。
根据又另一实施例，一种处理功率半导体器件的方法，包括提供要耦合到功率半导体器件的第一负载端子和第二负载端子中的每一个的半导体主体，以及在半导体主体中形成：具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区；至少一个二极管结构，其配置成在所述端子之间传导负载电流并且包括电气连接到第一负载端子的阳极端口和电气连接到第二负载端子的阴极端口；具有以比漂移区更高的掺杂剂浓度的第一导电类型的掺杂剂的场停止区，其中场停止区布置在阴极端口与漂移区之间。该方法还包括在阴极端口中形成具有第一导电类型的掺杂剂的第一端口部分和具有与第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂剂的第二端口部分，第二端口部分中的每一个与场停止区之间的过渡形成相应pn结，所述pn结沿第一横向方向延伸。第二负载端子展现面向半导体主体的接触区域。形成阴极端口使得：在功率半导体器件的有源区中，接触区域的与第二端口部分横向重叠的百分比份额是与第一端口部分横向重叠的接触区域的百分比份额的至多二分之一；并且使得接触区域的与第二端口部分横向重叠的百分比份额沿从功率半导体器件的二极管结构到相邻结构的方向增加，相邻结构包括边缘结构和晶体管结构中的至少一个。
本领域技术人员将在阅读以下详细描述时并且在查看附图时认识到附加的特征和优点。
附图说明
各图中的部分未必按比例，而是将重点放在说明本发明的原理上。而且，在各图中，相似的参考标号指定对应的部分。在各图中：
图1示意性且示例性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件的竖直截面的部分；
图2示意性且示例性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件的竖直截面的部分；
图3示意性且示例性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件的竖直截面的部分；
图4示意性且示例性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件的竖直截面的部分；
图5a示意性且示例性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件的水平截面的部分；
图5b-c每一个示意性且示例性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件的竖直截面的部分；
图6示意性且示例性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件的竖直截面的部分；以及
图7示意性且示例性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件中的掺杂剂浓度分布图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考附图，所述附图形成本文中的一部分且在其中通过图示示出在其中可实践本发明的特定实施例。
在这个方面，方向术语诸如“顶部”、“底部”、“在…以下”、“前”、“后”、“背面”、“领先”、“落后”、“在…以下”、“在…以上”等可与对正被描述的附图的取向的参考一起使用。因为实施例的部分能够定位在许多不同取向中，所以方向术语被用于说明的目的，并且，决不是限制性的。应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以做出结构或逻辑改变。因此，不应以限制性含义理解下面的详细描述，并且由所附权利要求限定本发明的范围。
现在将详细地参考各种实施例，所述各种实施例的一个或多个示例在附图中图示。每个示例通过解释的方式被提供，并且不意味着是对本发明的限制。例如，图示或描述为一个实施例的部分的特征能够用于其他实施例或结合其他实施例使用来还产生又另一实施例。旨在本发明包括这样的修改和变化。使用特定语言描述示例，所述特定语言不应解释为限制所附权利要求的范围。附图不按比例并且仅用于图示目的。为了清楚，如果没有另外说明，则已经在不同附图中通过相同参考符号指定相同元件或制造步骤。
如在本说明书中使用的术语“水平”旨在描述与半导体衬底或半导体结构的水平表面基本上平行的取向。所述表面可能是例如半导体晶片或管芯的表面。例如，以下提到的第一横向方向x和第二横向方向y二者都能够为水平方向，其中，第一横向方向x和第二横向方向y可彼此垂直。
如在本说明书中使用的术语“竖直”旨在描述基本上与水平表面垂直（即，平行于半导体晶片的表面的法线方向）布置的取向。例如，以下提到的延伸方向z可以为与第一横向方向x和第二横向方向y二者都垂直的延伸方向并且因此可以表示竖直方向。
在本说明书中，n掺杂被称为“第一导电类型”，而p掺杂被称为“第二导电类型”。替换地，能够采用相反的掺杂关系，以使得第一导电类型能够为p掺杂并且第二导电类型能够为n掺杂。
另外，在本说明书内，术语“掺杂剂浓度”可指的是平均掺杂剂浓度，或者相应地指的是特定半导体区或半导体区域的均值掺杂剂浓度或薄层（sheet）电荷载流子浓度。因此，例如，说到特定半导体区展现与另一个半导体区的掺杂剂浓度相比较更高或更低的某一掺杂剂浓度的说明，可指示半导体区的各个均值掺杂剂浓度彼此不同。
在本说明书的上下文中，术语“欧姆接触”、“电气接触”、“欧姆连接”、和“电气连接”旨在描述在半导体器件的两个区、区段、区域、部、部分之间、或者在一个或多个器件的不同端子之间、或者在半导体器件的部或部分与端子或金属化物或电极之间存在低欧姆电气连接或低欧姆电流路径。另外，在本说明书的上下文中，术语“接触”旨在描述在相应半导体器件的两个元件之间存在直接物理连接，例如正彼此接触的两个元件之间的过渡可以不包括另一中间元件等。
另外，在本说明书的上下文中，术语“电气绝缘”，如果没有另外说明，在其通常有效的理解的语境中使用，并因此旨在描述将两个或更多组件彼此分离地定位，并且不存在连接那些组件的欧姆连接。然而，彼此正电气绝缘的组件不过也可彼此耦合，例如机械耦合和/或电容耦合和/或电感耦合。举个示例，电容器的两个电极可彼此电气绝缘，并且同时彼此机械和电容耦合，例如借助于绝缘物（例如，电介质）。
在本说明书中描述的特定实施例与以下内容有关而不限于以下内容：展现条形单元或针形单元配置的功率半导体器件，诸如功率半导体二极管或功率半导体晶体管，其可以使用在功率转换器或电源内。因此，在实施例中，半导体器件配置成承载负载电流，所述负载电流要被馈送至负载和/或相应地，由功率源提供。例如，半导体器件可以包括一个或多个有源功率半导体单元，诸如单片集成的二极管单元、单片集成的晶体管单元、单片集成的igbt单元、单片集成的rc-igbt单元、单片集成的mos栅控二极管（mgd）单元、单片集成的mosfet单元和/或其派生物。这样的二极管单元和/或这样的晶体管单元可以集成在功率半导体模块中。多个这样的单元可以构成单元场，其与功率半导体器件的有源区一起布置。
如本说明书中所使用的术语“功率半导体器件”，旨在描述具有高电压阻断和/或高电流承载能力的单个芯片上的半导体器件。换言之，这样的功率半导体器件旨在用于高电流，典型地在安培范围内，例如高达数十或数百安培，和/或高电压，典型地15v以上，更典型地100v及以上，例如高达至少400v。例如，以下描述的经处理的半导体器件可以是展现条形单元配置或针形单元配置的半导体器件，并且可以配置成用作低、中和/或高电压应用中的功率组件。
例如，如在本说明书中所使用的术语“功率半导体器件”，不涉及用于例如存储数据、计算数据和/或其他类型的基于半导体的数据处理的逻辑半导体器件。
图1和2每一个示意性且示例性地图示根据一些实施例的功率半导体器件1的竖直截面的部分。在下文中，将参照图1和图2中的每一个。
所图示的截面平行于由第一横向方向x和延伸方向z限定的平面。功率半导体器件1的所图示的组件中的每一个可以沿第二字母方向y延伸。
功率半导体器件1包括半导体主体10，例如基于硅或碳化硅。以下进一步提到其他可能的半导体材料。半导体主体10耦合到功率半导体器件1的第一负载端子11和第二负载端子12中的每一个。例如，第一负载端子11包括第一金属化物，并且第二负载端子12可以包括第二金属化物。功率半导体器件1可以展现竖直设置，根据该设置，半导体主体10夹在第一负载端子11与第二负载端子12之间。第一负载端子11还可以构成器件1的正侧，并且第二负载端子12还可以构成器件1的背侧。相应地，第一负载端子11的所述第一金属化物可以是正侧金属化物，并且第二负载端子12的所述第二金属化物可以是背侧金属化物。例如，借助于这些端子11和12，功率半导体器件接收和输出负载电流。相应地，这些11和12中的至少一个，例如第一负载端子11，可以包括一个或多个接合焊盘（未图示）以便例如与许多键合导线接合。
半导体主体10包括具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区100。例如，漂移区100是n-掺杂区。另外，漂移区100沿延伸方向z的掺杂剂浓度和总延伸可以基本上限定功率半导体器件1的阻断能力，例如最大阻断电压。例如，阻断电压大于500v，大于1kv，或者甚至大于1.5kv。
在半导体主体10中，可以提供至少一个二极管结构，其中该二极管结构可以配置成在端子11与12之间传导所述负载电流。例如，提供在半导体主体中的所述数目的二极管结构被配置用于至少10a、至少50a或甚至大于100a的标称负载电流。
二极管结构可以包括电气连接到第一负载端子11的阳极端口101和电气连接到第二负载端子12的阴极端口102。例如，至少在漂移区中，负载电流大体在平行于延伸方向z的方向上流动。
例如，阳极端口101由掺杂有第二导电类型的掺杂剂的半导体区构成并且布置成与第一负载端子电气接触。例如，阳极端口101是电气连接到第一负载端子11的p掺杂区。阳极端口101可以布置在第一负载端子11与漂移区100中间。由于漂移区100和阳极端口101在掺杂剂类型方面可以是互补掺杂的，因此漂移区100与阳极端口101之间的过渡可以形成pn结，其中该pn结可以配置成阻断在端子11与12之间施加的所述阻断电压。在实施例中，阳极端口101可以由还形成所谓的沟道区（其还被称为“体区”）的相同半导体区形成，其中所述沟道区可以形成功率半导体器件1的晶体管结构的一部分。该可选方面将关于根据图4的示例性实施例更加详细地阐明。
阴极端口102包括电气连接到第二负载端子并且包括第一导电类型的掺杂剂的半导体区，例如n掺杂区。本说明书的各方面涉及阴极端口102的某些配置。
在描述阴极端口102的可选方面之前，应当理解的是，半导体主体10还可以包括场停止区105，其包括第一导电类型的掺杂剂。例如，场停止区105的掺杂剂浓度例如是漂移区100的掺杂剂浓度的至少5倍、至少20倍或甚至超过50倍。例如，场停止区105是n+掺杂区。另外，漂移区100在延伸方向z上的总延伸可以等于场停止区105在延伸方向z上的总延伸的至少两倍。场停止区105在延伸方向z上的总延伸可以在1至200μm的范围内，在3至80μm的范围内，或者在5至40μm的范围内，并且其掺杂剂浓度可以等于至少1*1014cm-3，至少8*1014cm-3，或者甚至超过2*1015cm-3。当然，选择场停止区105的空间尺寸和掺杂剂浓度可以取决于功率半导体器件1的期望阻断电压。在实施例中，场停止区105的掺杂剂浓度可以沿延伸方向z变化，这将在以下进一步更加详细地解释。
场停止区105可以布置在阴极端口102与漂移区100之间。在实施例中，阴极端口102借助于场停止区105耦合到漂移区100。相应地根据实施例，阴极端口102不与漂移区100直接接合，而是这些区之间的接合部由场停止区105形成。换言之，阴极端口102可以借助于场停止区105与漂移区100分离。
二极管结构的阴极端口102可以包括具有第一导电类型的掺杂剂的第一端口部分1021和具有与第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂剂的第二端口部分1022。
如图1中示意性且示例性地图示的，端口部分1021和1022可以与彼此相邻地沿第一横向方向x横向地且交替地布置，并且布置成与第二负载端子12电气接触。相应地，可以在第一端口部分1021中的每一个与第二负载端子12之间，以及在第二端口部分1022中的每一个与第二负载端子12之间建立电气接触。例如，第一端口部分1021和第二端口部分1022中的每一个布置成与第二负载端子12接触。另外，第一端口部分1021和第二端口部分1022中的每一个可以在延伸方向z上展现相同的相应总延伸。
例如，根据图1，第一端口部分1021与第二负载端子12之间的过渡以及第二端口部分1022与第二负载端子12之间的过渡中的每一个形成相应欧姆接触。
在另一实施例中，如图2中示意性且示例性地图示的，仅第一端口部分1021布置成与第二负载端子12电气接触，并且第二端口部分1022借助于第一端口部分1021与第二负载端子12隔离。如所图示的，在该实施例中，第一端口部分1021可以事实上由连续的第一端口部分1021形成，并且这样的连续的第一端口部分1021可以在空间上将第二端口部分1022与第二负载端子12隔离。例如，由此，第二端口部分1022可以是电气浮置的。
不管以上关于图1和图2提到的第二端口部分1022的两种空间配置，即不管第二端口部分1022布置成与第二负载端子12电气接触还是在空间上借助于第一端口部分1021与其隔离，以下都可以适用。
关于漂移区100，第一端口部分1021可以掺杂有与漂移区100相同的掺杂剂类型，即第一类型，并且第二端口部分1022可以掺杂有与存在于漂移区100中的掺杂剂类型互补的掺杂剂类型，即第二类型。例如，第一端口部分是n+掺杂的半导体区，并且第二端口部分1022是p掺杂的半导体区。
第一端口区1021——其包括第一导电类型的掺杂剂——的掺杂剂浓度可以在1e18至5e20cm-3的范围内，或者在2e19至2e20cm-3的范围内。例如，第一端口区1021的掺杂剂浓度是场停止区105的掺杂剂浓度的至多一百分之一。例如，第一导电类型的掺杂剂包括磷（p）、硫（s）、硒（se）和砷（as）中的至少一个。为了提供这样的低掺杂剂浓度，在硒作为掺杂剂材料的情况下该掺杂剂浓度可能甚至等于近似5e17cm-3，根据实施例，可以实施损伤注入。
第二端口区1022——其包括第二导电类型的掺杂剂——的掺杂剂浓度可以在1e16至5e20cm-3的范围内，在5e16至1e19cm-3的范围内，或者在1e17至1e18cm-3的范围内。例如，第二端口区1022的掺杂剂浓度是第一端口区1021的掺杂剂浓度的至多二分之一、至多五分之一或者至多十分之一。
在实施例中，阴极端口102主要借助于第一端口部分1021贡献于二极管功能，并且第二端口部分1022可以用来达到另一功能，以下将更加详细地解释所述另一功能。该功能中的差异可以具有关于第一端口部分1021和第二端口部分1022的空间尺寸的影响，现在将解释其中的一些示例性。
例如，关于二极管结构，第二端口部分1022构成阴极端口102的总体积的小于50%、小于20%或甚至小于5%的百分比。根据实施例，第二端口部分1022的百分比份额越高，发射极效率的降低越大。例如，第二端口部分1022配置成制止动态地注入电荷载流子。
另外，第二端口部分1022中的每一个可以展现如下中的一个：条带结构，其在第二横向方向y上的总延伸等于其在第一字母方向x上的总延伸的至少多倍、岛结构（例如具有圆形或椭圆形或矩形周界）和梳状结构。
在实施例中，关于例如图1，第二端口部分1022可以展现小于第一端口部分1021中的每一个沿第一横向方向的总延伸的在第一横向方向x上的相应总延伸。该因子可以等于至少二、至少五、或至少十；相应地，相应第一端口部分1021可以展现如第二端口部分1022的相应宽度的至少两倍那样大的宽度。关于根据图2的实施例，该因子可以甚至更大；即连续的第一端口部分1021可以展现如第二端口部分1022的相应宽度的至少十倍那样大的宽度。
相应第二端口部分1022的宽度可以小于20μm；例如，所述宽度在0.1μm至20μm的范围内、在1μm至10μm的范围内、或者在2μm至8μm的范围内。
另外，第二负载端子12可以展现面向半导体主体10的接触区域121，其中，在功率半导体器件1的有源区（参见例如图5a中的参考标号17）中，接触区域121的与第二端口部分1022横向重叠的百分比份额可以是接触区域121的与第一端口部分1021横向重叠的百分比份额的至多二分之一、至多五分之一或至多十分之一。
相应地，根据前述内容，变得清楚的是，在实施例中，至少在功率半导体器件1的有源区中，阴极端口102可以主要由（一个或多个）第一端口部分1021形成，但是还包括第二端口部分1022，所述第二端口部分1022是关于所述掺杂剂类型互补掺杂的并且可以中断第一端口部分1021，如根据图1的实施例那样，或者向第一端口部分1021“附标签（docket）”而不中断它，如根据图2的实施例那样。
现在参照图5a，其示意性且示例性地图示根据实施例的功率半导体器件1的水平截面的部分，功率半导体器件1可以包括有源区17，所述有源区17包括一个或多个二极管结构1-1，其例如以如以上关于图1和图2描述的方式配置。在有源区17中，除了所述一个或多个二极管结构1-1之外，还可以布置一个或多个晶体管结构1-2，例如与二极管结构1-1中的一个相邻，其中每一个晶体管结构1-2可以展现igbt配置。所述数目的晶体管结构也可以配置成传导例如10a、至少50a或者甚至超过100a的所述标称负载电流。
因此，功率半导体器件17的有源区17可以配置成在第一负载端子11与第二负载端子12之间传导负载电流。例如，正向负载电流由所述一个或多个晶体管结构1-2传导，并且反向负载电流由所述一个或多个二极管结构1-1传导。
有源区17可以被终止结构18围绕，所述终止结构18可以被边缘结构19终止。所述边缘结构19可以基本上由可以借助于晶片切割产生的边缘形成。例如，终止结构18未配置成传导负载电流，而是用来达到另一目的，例如避免过高电场峰值的目的，因此，终止结构18可以是非有源区。
晶体管结构1-2的示例性方面在图4中示意性且示例性地图示，所述图4示出竖直截面的部分。相应地，晶体管结构1-2可以包括发射极区103，例如背侧发射极，其可以在一侧电气连接到第二负载端子12并且在另一侧电气连接到场停止区105。根据实施例，场停止区105可以配置成层状，并且可以在没有中断的情况下延伸到二极管结构1-1和晶体管结构1-2中的每一个中。
例如，发射极区103包括第二导电类型的掺杂剂，例如发射极区103是p+掺杂的半导体区。
接近于第一负载端子11，可以布置控制电极131。例如，控制电极131沿第一横向方向x与发射极区103横向重叠。控制电极131可以配置为平面电极，或者如所图示的，配置为包括在沟槽13中的沟槽电极。控制电极131可以借助于绝缘体132（例如氧化物）与半导体主体10电气绝缘。与绝缘体132相邻，可以提供源极区104，其可以包括第一导电类型的掺杂剂并且其可以电气连接到第一负载端子11。例如，源极区104是布置成与第一负载端子11接触的n+掺杂的半导体区。源极区104可以通过沟道区（还称为“体区”）与漂移区100隔离，所述沟道区可以由还形成二极管结构1-1的阳极端口101的相同半导体区形成。例如，将源极区104与漂移区100隔离的沟道区101是p掺杂区。控制电极131可以配置成在该沟道区101中引入反型沟道，例如当接收到对应的控制信号时，所述控制信号可以由施加在第一负载端子11与电气连接到控制电极131的功率半导体器件1的控制端子（未图示）之间的电压形成。
例如，晶体管结构1-2展现igbt配置。相应地，晶体管结构1-2可以以常见方式形成以便提供igbt功能，并且其可以展现igbt典型特征。如以上已经提到的，本说明书的各方面更确切地说涉及阴极端口102的某些配置，现在将阐明其中的一些。
例如，在二极管结构1-1中，例如如图1中或图2中所图示的，第二端口部分1022中的每一个与场停止区105之间的过渡形成沿第一横向方向x延伸的相应pn结1052。pn结1052在第一横向方向x上的总延伸可以对应于相应第二端口部分1022的宽度。
进一步参照图3，所述pn结1052中的每一个可以展现平行于延伸方向z的扩散电压vd，所述延伸方向z垂直于第一横向方向x。例如，在si形成半导体主体10的基础的情况下，扩散电压vd在0.3v至0.9v的范围内、在0.4v至0.8v的范围内、或者在0.5v至0.7v的范围内，其中确切的量可以取决于相应第二端口部分1022和场停止区105的掺杂剂浓度并且取决于温度。在sic形成功率半导体主体10的基础的情况下，扩散电压vd可以显著更大。
根据实施例，所述pn结1052中的相应一个的扩散电压vd大于与相应pn结1052的横向延伸横向重叠的横向电压降vl。在实施例中，该效应——vd大于vl——发生在功率半导体器件1的标称状态期间，例如如果半导体主体传导功率半导体针对其进行设计的标称负载电流的范围内的负载电流的话。相比之下，在过载状态期间，例如当负载电流以因子二超过标称负载电流时，所述效应必须不必存在。或者，如果没有传导负载电流，则显然大体不存在这样的横向电压降vl。以下更加详细地阐明该方面。
例如，横向电压降vl由第一导电类型的电荷载流子（例如电子）所形成的负载电流il的一部分导致。该负载电流il可以在第一负载端子11与第二负载端子12之间（即，大体平行于延伸方向z）流动。然而，负载电流il的所述部分不穿过pn结1052，而是绕过第二端口部分1022。由此，所述横向电压降vl可以发生。例如，横向电压降vl在第一横向方向x上的某一距离上发生，所述距离等于第一横向方向x上的总延伸的50%，例如等于相应第二端口部分1022的第一横向方向x上的最大延伸的50%。所述50%可以由相应第二端口部分1022的横向中心与其横向末端中的一个之间的距离构成。相同的电压降，但是具有另一极性，可以发生在另一50%处。相应地，沿第二pn结1052的整个横向延伸的电压降之和可以大体等于零。
扩散电压vd与横向电压降vl之间的电压中的差异可以等于至少10mv、至少20mv或者超过50mv。
相应地，本文所描述的实施例可以配置成以便满足如以下表达式中所列出的条件：
(1)vl<vd
(2)vd-vl>10mv；
其中横向电压降vl的幅值可以与以下物理量成比例：
(3)vl~il*r~il*.5xp*1/cc(z)*1/zn
在表达式（3）中，il可以是沿等于第二端口部分1022在第一横向方向x上的总横向延伸xp的50%的距离流动的负载电流的部分，并且r可以是沿所述距离有效的欧姆电阻。该电阻r可以取决于场停止区105的掺杂剂浓度cc，其中场停止区的所述掺杂剂浓度可以是z的函数（cc=cc（z）），并且其中r还可以取决于场停止区105在延伸方向z上的总延伸zn。关于场停止区105的掺杂剂浓度cc的示例性轨迹，参照图7的实施例。
如从上文变得明显的，横向电压降vl可以取决于总负载电流。在实施例中，功率半导体器件1配置成满足如在表达式（1）和（2）中列出的条件，至少只要负载电流等于或小于功率半导体器件1针对其进行设计的标称负载电流，例如只要功率半导体器件1在它针对其进行设计的标称电压范围和标称电流范围内操作。当然，如果功率半导体器件1处于过载状态中，其中负载电流大幅超过标称负载电流，例如由于短路或器件故障，则不再能够满足根据等式（1）的条件，由于横向电压降vl则可以对应于负载电流的增加而增加，而pn结1052的扩散电压vd保持大体未改变，不管半导体器件1处于标称状态还是过载状态下。
图7示意性且示例性地图示根据一个或多个实施例的功率半导体器件1中的掺杂剂浓度分布图，例如第一导电类型的掺杂剂沿延伸方向z（例如，沿穿过漂移区100、场停止区105和第二端口部分1022中的每一个的路径，例如根据图3中图示的实施例）的以任意单位（arb.un.）（例如以cm-3）的浓度cc。例如，接近于pn结1052，场停止区中的掺杂剂浓度展现最小值，例如在1e14cm-3至5e14cm-3的范围内。沿与延伸方向z相反的方向，可以出现场停止区105中的掺杂剂浓度的一个或多个局部极大值lm1、lm2、lm3。例如，第一局部极大值lm1，即最靠近第二端口部分1022的局部极大值，在5e14cm-3至8e15cm-3的范围内。如果存在的话，其他局部极大值lm2和lm3可以展现位于与lm1相同的范围内的掺杂剂浓度。可替换地，局部极大值lm2和lm3可以展现局部极大值lm1的掺杂剂浓度与pn结1052附近的最小浓度之间的掺杂剂浓度。另外，根据实施例，pn结1052与第一局部极大值lm1之间的距离d等于至少0.5μm、1μm或至少3μm。例如，沿所述距离d，场停止区105中的掺杂剂浓度低于5e14cm-3。所述一个或多个局部极大值的存在可以允许减小电阻r，从而保持vl是小的。另外，关于图3中借助于点线指示的电流路径，将所述一个或多个局部极大值lm1、lm2、lm3布置在相对于第二端口部分的所述最小距离d中可以允许相当“早地”使负载电流il将其方向从z改变到场停止区105中的x/-x；即根据实施例，负载电流沿横向方向的大部分保持在相对于第二端口部分1022的所述最小距离d处。
如以上已经解释的，功率半导体器件1可以包括一个或多个晶体管结构1-2。相应地，功率半导体器件1可以配置成设置在阻断状态和开态下。例如，在阻断状态期间，施加在第一负载端子11与第二负载端子12之间的电压可以被阻断，并且抑制正向负载电流的流动。然而，反向负载电流可以由功率半导体器件借助于所述一个或多个二极管结构1-1来传导。当在开态下时，正向负载电流可以由功率半导体器件在与反向电流的方向相反的方向上传导，例如借助于所述数目的晶体管结构1-2。
例如，功率半导体器件1可以因而展现rc-igbt配置，其可以基本上由所述一个或多个二极管结构1-1和所述一个或多个晶体管结构1-2形成。
在实施例中，第二端口部分1022中的每一个可以配置成制止在所述一个或多个晶体管结构1-2中的关断过程期间朝向漂移区100发射电荷载流子，例如第二导电类型的电荷载流子。例如，第二端口部分1022的这样的功能被维持高达总负载电流的阈值，其中根据实施例，这样的阈值可以等于功率半导体器件1针对其进行设计的标称负载电流的至少两倍。
另外，第二端口部分1022可以配置成排泄（drain）第二导电类型的电荷载流子。由此，第二端口部分1022可以配置成降低功率半导体器件1的发射极效率，例如阴极端口102的发射极效率。
例如，如果二极管结构1-1根据图2的实施例来配置，则第二端口部分1022的掺杂剂浓度和空间尺寸可以选择成使得由第二端口部分1022与连续的第一端口部分1021之间的过渡形成的pn结在晶体管结构1-2中的关断操作期间不雪崩。例如，为此目的，根据实施例，第二端口部分1022的掺杂剂浓度可以保持在1*1017cm-3以下。
如以上已经解释的，阴极端口102可以主要借助于第一端口部分1021提供二极管功能，并且第二端口部分1022可以用来达到另一功能，例如如在前述段落中所描述的。如以上已经进一步解释的，该功能中的差异可以具有关于第一端口部分1021和第二端口部分1022的掺杂剂浓度和/或空间尺寸的影响。例如，第二负载端子12可以展现面向半导体主体10的所述接触区域121，其中在功率半导体器件1的有源区17中，接触区域121的与二极管结构1-1的阴极端口的第二端口部分1022横向重叠的百分比份额可以是接触区域121的与二极管结构1-1的阴极端口的第一端口部分1021横向重叠的百分比份额的至多二分之一。
在实施例中，接触区域121的与第二端口部分1022横向重叠的百分比份额可以沿从功率半导体器件1的二极管结构1-1至相邻结构的方向增加，其中相邻结构可以包括所述边缘结构19和所述晶体管结构1-2中的至少一个。相应地，百分比份额的所述增加可以发生在布置于二极管结构1-1与相邻结构19和/或1-2中间的过渡区中。例如，参照图5b，过渡区位于布置在二极管结构1-1与边缘结构19之间的终止结构18中。相应地，过渡区可以形成终止结构18的一部分。根据图5c中和图4中图示的实施例，过渡区1-12位于二极管结构1-1和晶体管结构1-2之间。
另外，根据实施例，在所述过渡区18和/或1-12中，功率半导体器件1不传导负载电流。而是，过渡区18和/或1-12可以是非有源区，例如过渡区18和/或1-12可以被视为退役半导体区域。因此，应理解的是，阴极端口102可以从二极管结构1-1延伸出到所述过渡区18和/或1-12中，其中，在实施例中，在作为二极管结构1-1的部分的阴极端口102的部分中，适用以上解释的两个条件中的至少一个，即横向电压降vl小于扩散电压vd和/或接触区域121的与第二端口部分1022横向重叠的所述百分比份额是接触区域121的与第一端口部分1021横向重叠的百分比份额的至多二分之一，并且其中在不是二极管结构的部分而是过渡结构的部分的阴极端口102的部分中，接触区域121的与第二端口部分1022横向重叠的所述百分比份额可以增加。
例如，百分比份额中的增加以台阶状方式或以渐进方式发生。百分比份额中的增加可以等于至少为二的因子。例如，在所述过渡区中，阴极端口的总体积的大约50%可以由第一端口部分1021构成，并且阴极端口的总体积的另外50%可以由第二端口部分1022构成。第二端口部分1022的部分可以甚至大于50%，例如至少60%，至少70%或甚至大于80%。例如，过渡区18/1-12在第一横向方向x上展现至少10μm的总延伸。该总延伸可以甚至大于50μm，大于150μm，或者甚至大于250μm。过渡区18/1-12的总延伸还可以取决于功率半导体器件的阻断电压，例如取决于半导体主体10在延伸方向上的厚度。例如，过渡区18/1-12的总延伸可以等于半导体主体10的所述厚度的至少一半、至少等于半导体主体10的所述厚度、或者等于半导体主体10的所述厚度的至少两倍。另外，在过渡区18/1-12中，端口部分1021和1022可以与彼此相邻地沿第一横向方向x横向地且交替地布置，并且布置成与第二负载端子12电气接触。例如，在过渡区18/1-12中，第一端口部分1021和第二端口部分1022中的每一个可以展现半导体主体10的延伸方向z上的厚度的10%的在第一横向方向x上相应总延伸，例如小于5μm、小于2μm或者甚至小于1μm。
例如，根据实施例，由于过渡区18/1-12中的百分比份额中的增加，功率半导体器件1的开态期间（即在负载电流的导通期间）的电荷载流子等离子体在过渡区中可以显著减少。
参照根据图4的实施例，功率半导体器件1还可以包括控制端子，例如栅极焊盘（未图示），其电气连接到控制电极131。例如，功率半导体器件1的控制端子配置成从例如栅极驱动器接收控制信号，其中控制信号可以由施加在控制端子与第一负载端子11之间的电压构成。例如，控制端子的电势被转送至控制电极131，从而允许控制电极131控制晶体管结构1-2中的操作，例如开关操作。在实施例中，控制电极131与控制端子之间的电气连接可以至少包括接触滑轨（参见图6中的参考标号133），其可以布置成至少部分地在半导体主体10的外部。例如，接触滑轨可以布置在功率半导体器件1的表面结构中。在图6中示意性且示例性地图示的实施例中，过渡区18；1-12，其中接触区域121的与第二端口部分1022横向重叠的百分比份额增加，还与接触滑轨133横向重叠，所述接触滑轨133将控制端子与控制电极131电气连接。过渡区18；1-12的这样的位置可以允许降低在功率半导体器件1的开关操作期间施加在接触滑轨133上的应力。
根据另一实施例，呈现了处理功率半导体器件的方法。该方法可以包括以下处理步骤：提供要耦合到功率半导体器件的第一负载端子11和第二负载端子12中的每一个的半导体主体10，以及在半导体主体10中形成：具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区100；至少一个二极管结构，其配置成在所述端子11、12之间传导负载电流并且包括电气连接到第一负载端子11的阳极端口101和电气连接到第二负载端子12的阴极端口102；以及具有以比漂移区100更高的掺杂剂浓度的第一导电类型的掺杂剂的场停止区105，其中场停止区105布置在阴极端口102与漂移区100之间。该方法还可以包括在阴极端口102中形成具有第一导电类型的掺杂剂的第一端口部分1021和具有与第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂剂的第二端口部分1022，第二端口部分1022中的每一个与场停止区105之间的过渡形成沿第一横向方向x延伸的相应pn结1052；以及确保所述pn结1052的相应一个在垂直于第一横向方向x的延伸方向z上的扩散电压vd大于与相应pn结1052的横向延伸横向重叠的横向电压降vl。
根据另外的实施例，呈现了处理功率半导体器件的另外的方法。所述另外的方法可以包括以下处理步骤：提供要耦合到功率半导体器件1的第一负载端子11和第二负载端子12中的每一个的半导体主体10；在半导体主体10中形成：具有第一导电类型的掺杂剂的漂移区100；至少一个二极管结构，其配置成在所述端子11、12之间传导负载电流并且包括要电气连接到第一负载端子11的阳极端口101和要电气连接到第二负载端子12的阴极端口102；具有以比漂移区100更高的掺杂剂浓度的第一导电类型的掺杂剂的场停止区105，其中场停止区105布置在阴极端口102与漂移区100之间；在阴极端口102中，形成具有第一导电类型的掺杂剂的第一端口部分1021和具有与第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂剂的第二端口部分1022，第二端口部分1022中的每一个与场停止区105之间的过渡形成沿第一横向方向x延伸的相应pn结1052，其中第二负载端子12展现面向半导体主体10的接触区域121。例如，阴极端口102形成为使得在功率半导体器件1的有源区17中，接触区域121的与第二端口部分1022横向重叠的百分比份额是接触区域121的与第一端口部分1021横向重叠的百分比份额的至多二分之一；并且使得接触区域121的与第二端口部分1022横向重叠的百分比份额沿从功率半导体器件1的二极管结构1-1到相邻结构1-2（或19）的方向增加，相邻结构包括边缘结构19和晶体管结构1-2中的至少一个。
实现以上呈现的方法的示例性方式可以对应于以上描述的并且如在从属权利要求中列出的功率半导体器件1的实施例。目前为止，参照前述内容。例如，并且半导体主体10的背侧可以被处理以便形成所述阴极端口102，例如通过定位、尺寸设计和通过对第一端口部分1021和第二端口部分1022进行掺杂，使得如在独立权利要求中限定的条件中的至少一个被满足。
例如，所描述的方法的实施例可以包括在距第二端口部分1022的.5mm的最小距离d处形成场停止区105的掺杂剂浓度的所述一个或多个局部极大值lm1、lm2、lm3，如关于图7更加详细列出的。例如，这可以包括实施质子注入。
以上呈现的功率半导体器件1可以是双极型功率半导体器件1，例如功率二极管或rc-igbt。所呈现的二极管结构还可以用于形成mosfet的漏极区，所述mosfet的体二极管用作续流二极管。相应地，以上呈现的方法可以涉及处理功率二极管、rc-igbt和mosfet中的至少一个。
以上公开的实施例包括以下认识：例如在双极型功率半导体器件中借助于电荷载流子寿命的减少来控制电荷载流子等离子体是可能的。这样的减少可以例如借助于注入例如电子注入和氦、铂中的至少一个的注入和/或借助于扩散（例如铂的扩散）来实现。如已经介绍性提到的，为了实现功率半导体器件的低开态损耗，电荷载流子寿命应当相对长，其中，为了实现功率半导体器件的低开关损耗，电荷载流子寿命应当相对短。然而，提供在半导体主体中以便减少电荷载流子寿命的杂质可以充当功率半导体器件的阻断状态下的电荷载流子发生器。由此，泄漏电流可以增加，这可能是不合期望的，例如关于被配置用于相对高的结温的二极管结构。根据以上呈现的实施例，通过在某些位置处提供作为阴极端口102的部分的所述第二端口部分1022，其具有某些空间尺寸并且具有某一掺杂剂浓度，可以实现允许低开关损耗和开态损耗二者的适当的发射极效率。
在上文中，解释了关于半导体器件处理方法的实施例。例如，这些半导体器件基于硅（si）。相应地，单晶半导体区或层，例如示例性实施例的半导体主体10、漂移区100和其他区101、102、1021、1022、103、104和105，可以是单晶si区或si层。在其他实施例中，可以采用多晶或非晶硅。
然而，应当理解的是，半导体主体10和组件，例如区100、101、102、1021、1022、103、104和105可以由适合于制造半导体器件的任何半导体材料制成。这样的材料的示例包括以下各项，而不限于以下各项：诸如硅（si）或锗（ge）的单质半导体材料、诸如碳化硅（sic）或硅锗（sige）的iv族化合物半导体材料、诸如氮化镓（gan）、砷化镓（gaas）、磷化镓（gap）、磷化铟（inp）、磷化铟镓（ingapa）、氮化铝镓（algan）、氮化铝铟（alinn）、氮化铟镓（ingan）、氮化铝镓铟（algainn）或磷砷化铟镓（ingaasp）的二元、三元或四元iii-v半导体材料、以及诸如碲化镉（cdte）和碲镉汞（hgcdte）的二元或三元ii-vi半导体材料，举几个示例。以上提到的半导体材料也被称为“同质结半导体材料”。当组合两个不同的半导体材料时形成异质结半导体材料。异质结半导体材料的示例包括以下各项，但不限于以下各项：氮化铝镓（algan）-氮化铝镓铟（algainn）、氮化铟镓（ingan）-氮化铝镓铟（algainn）、氮化铟镓（ingan）-氮化镓（gan）、氮化铝镓（algan）-氮化镓（gan）、氮化铟镓（ingan）-氮化铝镓（algan）、硅-碳化硅（sixc1-x）以及硅-sige异质结半导体材料。针对功率半导体器件应用，当前主要使用si、sic、gaas和gan材料。
空间相对术语诸如“在…下面”、“在…以下”、“较低”、“在…之上”、“较高”等，为了容易描述而用来解释一个元件相对于第二元件的定位。这些术语旨在除了与在附图中描绘的那些取向不同的取向之外还包括相应器件的不同取向。进一步地，诸如“第一”、“第二”等术语也被用于描述各种元件、区、区段等，并且也不旨在是限制性的。遍及本描述，相似的术语指的是相似的元件。
如本文中使用那样，术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”、“展现”等为开放式术语，其指示所说明的元件或特征的存在，但不排除附加的元件或特征。冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括复数以及单数，除非上下文清楚地另外指示。
考虑到变化和应用的以上范围，应理解的是，本发明并不被上述描述限制，其也不被附图限制。代替地，本发明仅被所附权利要求和它们的法律等同物限制。