專利名稱：具有邊緣終端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體器件，特別是涉及一種具有邊緣終端(edgetermination)的垂直功率半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
諸如功率二極管、功率MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)、功率IGBT(絕緣柵雙極晶體管)或功率晶閘管之類的功率半導(dǎo)體器件被設(shè)計(jì)來經(jīng)受住高的阻斷電壓。那些功率器件包括被形成在P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)與η型摻雜半導(dǎo)體區(qū)之間的ρη結(jié)。當(dāng)ρη結(jié)被反向加偏壓時，該部件阻斷(被關(guān)斷)。在這種情況下，耗盡區(qū)或空間電荷區(qū)域在P型摻雜區(qū)和η型摻雜區(qū)中傳播。經(jīng)常,這些半導(dǎo)體區(qū)中的一個比這些半導(dǎo)體區(qū)中的另一個更輕地被摻雜，使得耗盡區(qū)主要在更輕地被摻雜的區(qū)中延伸，所述更輕地被摻雜的區(qū)主要支持被施加在ρη結(jié)上的電壓。支持阻斷電壓的半導(dǎo)體區(qū)在二極管或晶閘管中被稱為基區(qū)，而在MOSFET或IGBT中被稱為漂移區(qū)。ρη結(jié)的支持高電壓的能力通過雪崩擊穿現(xiàn)象來限制。當(dāng)被施加在ρη結(jié)上的電壓增加時，半導(dǎo)體區(qū)中的形·成ρη結(jié)的電場增加。該電場結(jié)果形成存在于半導(dǎo)體區(qū)中的移動電荷載流子的加速。當(dāng)電荷載流子由于電場被加速來使得這些電荷載流子通過碰撞電離而創(chuàng)建電子-空穴對時，雪崩擊穿發(fā)生。通過碰撞電離所創(chuàng)建的電荷載流子創(chuàng)建了新的電荷載流子，使得存在倍增效應(yīng)。在雪崩擊穿剛一開始，顯著的電流在相反的方向上沿ρη結(jié)流過。雪崩擊穿以其開始的電壓被稱為擊穿電壓。雪崩擊穿以其開始的電場被稱為臨界電場(Erait)。臨界電場的絕對值主要與用于形成Pn結(jié)的半導(dǎo)體材料的類型有關(guān)，并且微弱地與更輕地被摻雜的半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度有關(guān)。臨界電場是針對如下半導(dǎo)體區(qū)所限定的理論值:所述半導(dǎo)體區(qū)在垂直于電場的場強(qiáng)矢量的方向上具有無窮的大小。然而，功率半導(dǎo)體部件具有為有限大小的半導(dǎo)體本體，所述半導(dǎo)體本體通過橫向方向上的邊緣表面來終止。在垂直功率半導(dǎo)體器件中，其中所述垂直功率半導(dǎo)體器件是其中Pn結(jié)主要在半導(dǎo)體本體的水平面中延伸的半導(dǎo)體器件，ρη結(jié)經(jīng)常并不延伸到半導(dǎo)體本體的邊緣表面，而是在橫向方向上遠(yuǎn)離半導(dǎo)體本體的邊緣表面。在這種情況下，半導(dǎo)體本體的在橫向方向上毗連ρη結(jié)的半導(dǎo)體區(qū)(邊緣區(qū))也不得不經(jīng)受住阻斷電壓。邊緣區(qū)可以被實(shí)施為具有與基區(qū)或漂移區(qū)相同的摻雜濃度的摻雜區(qū)。然而，在這種情況下，在半導(dǎo)體本體的橫向方向上的邊緣區(qū)的尺寸至少是在垂直方向上的漂移區(qū)的尺寸(長度)。根據(jù)想要的電壓阻斷能力，漂移區(qū)的長度可以是高達(dá)數(shù)個10微米(μ m)或更多，使得相對應(yīng)的邊緣終端會是占地面積非常大的。為了減少邊緣區(qū)中的為了經(jīng)受住阻斷電壓所要求的空間，具有被布置在溝槽中的垂直介電層的邊緣終端可以被提供。為了支持高電壓，厚的介電層被要求。然而，溝槽中的厚的介電層可以弓I起半導(dǎo)體本體中的機(jī)械應(yīng)力。
因此，存在對于具有有效的并且空間節(jié)省的邊緣終端的半導(dǎo)體器件的需求。

發(fā)明內(nèi)容
一個實(shí)施例涉及一種包括半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體本體具有第一表面、內(nèi)部區(qū)和邊緣區(qū)。該半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括在內(nèi)部區(qū)和邊緣區(qū)中的第一摻雜類型的第一摻雜器件區(qū)、與第一器件區(qū)一起在內(nèi)部區(qū)中形成器件結(jié)的第二器件區(qū)以及從第一表面延伸到半導(dǎo)體本體中的多個介電區(qū)，其中在半導(dǎo)體本體的橫向方向上鄰近的兩個介電區(qū)通過半導(dǎo)體臺面(mesa)區(qū)被分離。此外，電阻層被連接到第二器件區(qū)并且被連接到至少一個半導(dǎo)體臺面區(qū)。在閱讀下面的詳細(xì)描述時，并且在觀察附圖時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到附加特征和優(yōu)點(diǎn)。


現(xiàn)在將參照這些圖解釋例子。這些圖用來圖示基本原理，使得只有對于理解基本原理所需的方面被圖示。這些圖是不成比例的。在這些圖中，相同的參考符號標(biāo)明同樣的特征。圖1圖示了根據(jù)·第一實(shí)施例的具有邊緣終端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。圖2圖示了包括具有同心介電區(qū)的邊緣終端的半導(dǎo)體器件的水平橫截面視圖。圖3圖示了包括具有形成螺旋的多個介電區(qū)的邊緣終端的半導(dǎo)體器件的水平橫截面視圖。圖4示意性地圖示了當(dāng)半導(dǎo)體器件正阻斷時在邊緣端子結(jié)構(gòu)中的電場。圖5圖示了根據(jù)第二實(shí)施例的具有邊緣終端的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。圖6圖示了根據(jù)第三實(shí)施例的具有邊緣終端的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。圖7圖示了根據(jù)第四實(shí)施例的具有邊緣終端的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。圖8圖示了根據(jù)第五實(shí)施例的具有邊緣終端的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。圖9圖示了根據(jù)第一實(shí)施例的具有帶有數(shù)個電阻層的邊緣終端的半導(dǎo)體器件的水平橫截面視圖。圖10圖示了根據(jù)第二實(shí)施例的具有帶有數(shù)個電阻層的邊緣終端的半導(dǎo)體器件的水平橫截面視圖。圖11圖示了根據(jù)第三實(shí)施例的具有帶有數(shù)個電阻層的邊緣終端的半導(dǎo)體器件的水平橫截面視圖。圖12圖示了根據(jù)第四實(shí)施例的具有帶有數(shù)個電阻層的邊緣終端的半導(dǎo)體器件的水平橫截面視圖。圖13圖示了被實(shí)施為二極管的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。圖14圖示了被實(shí)施為MOS晶體管的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式在下面的詳細(xì)描述中，參照附圖，所述附圖形成了所述詳細(xì)描述的部分，并且在所述附圖中其中可以實(shí)踐本發(fā)明的特定實(shí)施例通過圖示被示出。在這個方面，諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“前置的(leading)”、“尾隨的(trailing)”等之類的定向術(shù)語參照正在被描述的圖的取向被使用。因?yàn)閷?shí)施例的部件可以被定位在多個不同的取向上，所以所述定向術(shù)語被用于說明的目的，并且決不是進(jìn)行限制的。要理解的是，其它實(shí)施例可以被利用，并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)改變或邏輯改變，而不離開本發(fā)明的范圍。因此，下面的詳細(xì)描述并不在限制的意義上被采取，并且本發(fā)明的范圍通過所附的權(quán)利要求書來限定。要被理解的是，這里所描述的各種示例性實(shí)施例的特征可以被彼此組合，除非另外特別注明。圖1圖示了根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體本體100，所述半導(dǎo)體本體100具有第一表面101、內(nèi)部區(qū)110和邊緣區(qū)120。圖1圖示了在垂直截面平面中的半導(dǎo)體器件，所述垂直截面平面是垂直于第一表面101的截面平面。半導(dǎo)體本體100包括諸如例如硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等等之類的常規(guī)的半導(dǎo)體材料。參照圖1，第一摻雜類型的第一摻雜器件區(qū)11被布置在內(nèi)部區(qū)110和邊緣區(qū)120中。第二器件區(qū)21與第一器件區(qū)11 一起在內(nèi)部區(qū)110中形成結(jié)J。結(jié)J是ρη結(jié)或肖特基(Schottky)結(jié)。在第一種情況下，另一器件區(qū)21是為與第一摻雜類型互補(bǔ)的第二摻雜類型的半導(dǎo)體區(qū)。在第二種情況下，另一器件區(qū)21是肖特基區(qū)或肖特基金屬，諸如例如鋁(Al )、硅化鎢(WSi )、硅化鉭(TaSi )、硅化鈦(TiSi )、硅化鉬(PtSi)或硅化鈷(CoSi )。第一器件區(qū)11經(jīng)由另一摻雜器件區(qū)22被電耦合到或連接到第一電極或端子31，所述另一摻雜器件區(qū)22具有比·第一器件區(qū)11更高的摻雜濃度，并且第二器件區(qū)21被電耦合到第二電極或端子32。第一器件區(qū)11在下面也被稱為漂移區(qū)或基區(qū)。該半導(dǎo)體器件在邊緣區(qū)120中進(jìn)一步包括具有多個介電區(qū)41的邊緣終端結(jié)構(gòu)40。該半導(dǎo)體器件可以包括其它器件特征，諸如例如當(dāng)該半導(dǎo)體器件被實(shí)施為MOS晶體管時，該半導(dǎo)體器件可以包括柵電極。然而，在圖1中，以及在圖2至12中，只有半導(dǎo)體器件的對于理解邊緣終端結(jié)構(gòu)40在結(jié)J被反向加偏壓時的工作原理所需的那些特征被圖示。邊緣終端結(jié)構(gòu)40可以被使用在包括漂移區(qū)(諸如在圖1中所圖示的漂移區(qū)11)和結(jié)(諸如在圖1中所圖示的在漂移區(qū)11與第二器件區(qū)21之間的結(jié)J)的任何半導(dǎo)體器件中。具有漂移區(qū)以及在漂移區(qū)與第二器件區(qū)之間的結(jié)的半導(dǎo)體器件是例如諸如MOSFET (金屬氧化物柵場效應(yīng)晶體管)或IGBT (絕緣柵雙極晶體管)之類的MOS晶體管、p-1-n 二極管、肖特基二極管、JFET (結(jié)型場效應(yīng)晶體管)。器件結(jié)J所位于的內(nèi)部區(qū)110也可以被稱為半導(dǎo)體器件的有源區(qū)。邊緣區(qū)120在半導(dǎo)體本體100的橫向方向上毗連內(nèi)部區(qū)或有源區(qū)110，并且圍繞內(nèi)部區(qū)110。半導(dǎo)體本體100的“橫向方向”是平行于半導(dǎo)體本體100的第一表面101的方向。由于邊緣區(qū)120圍繞有源區(qū)110，所以邊緣區(qū)120總是位于有源區(qū)110與半導(dǎo)體本體100的邊緣表面102之間?！斑吘壉砻妗?02是半導(dǎo)體本體100的在橫向方向上終止半導(dǎo)體本體100的表面。參照圖1，邊緣區(qū)120可以毗連邊緣表面102。然而，邊緣區(qū)120不一定需要毗連邊緣表面102。根據(jù)另一實(shí)施例(未被圖示)，邊緣區(qū)120也可以位于內(nèi)部區(qū)110與被實(shí)施在半導(dǎo)體本體100中的另一半導(dǎo)體器件(未被圖示)的有源區(qū)之間。因而，邊緣區(qū)120和被實(shí)施在邊緣區(qū)120中的邊緣終端結(jié)構(gòu)40 “終止了”具有有源區(qū)110的半導(dǎo)體器件，而不一定終止了附加的半導(dǎo)體器件可以被實(shí)施在其中的半導(dǎo)體本體100。換句話說，在一個半導(dǎo)體本體100中，兩個或更多個半導(dǎo)體器件可以被單片集成，在那里這些半導(dǎo)體器件中的每個都具有它自己的終端系統(tǒng)。根據(jù)每個集成的半導(dǎo)體器件的需求、尤其是想要的電壓阻斷能力，單個半導(dǎo)體器件的這些終端系統(tǒng)可以彼此不同。參照圖1，邊緣終端結(jié)構(gòu)40包括多個介電區(qū)41，所述多個介電區(qū)41中的每個都從第一表面101延伸到半導(dǎo)體本體100中。在圖1中，三個介電區(qū)41被圖示。然而，這僅僅是例子。根據(jù)半導(dǎo)體器件的想要的電壓阻斷能力，介電區(qū)41的總數(shù)目可以被任意選擇。一般而言，當(dāng)想要的電壓阻斷能力增加時，被要求的介電區(qū)41的數(shù)目增加。參照圖1，各個單獨(dú)的介電區(qū)41在橫向方向上面背著內(nèi)部區(qū)110被隔開，并且半導(dǎo)體臺面區(qū)12被布置在兩個鄰近的介電區(qū)41之間。半導(dǎo)體臺面區(qū)12可以具有與漂移區(qū)11相同的摻雜類型。然而，半導(dǎo)體臺面區(qū)12的摻雜濃度可以不同于漂移區(qū)11的摻雜濃度。例如，漂移區(qū)11的摻雜濃度在lel2cnT3到lel6cnT3之間。介電區(qū)41包括例如氧化物、氮化物、氣體、真空等等。根據(jù)一個實(shí)施例，介電區(qū)41是包括僅僅一種介電材料的均勻區(qū)。根據(jù)另一實(shí)施例，介電區(qū)41·是包括具有不同介電材料的數(shù)個層的復(fù)合區(qū)。這些層可以在半導(dǎo)體本體100的垂直方向上和/或在半導(dǎo)體本體100的橫向方向上被堆疊。參照圖1，邊緣終端結(jié)構(gòu)40進(jìn)一步包括被連接到第二器件區(qū)21并且被連接到至少一個半導(dǎo)體臺面區(qū)12的電阻層42。在圖1中所圖示的實(shí)施例中，電阻層42被連接到半導(dǎo)體臺面區(qū)12中的每個，其中每個臺面區(qū)12都位于兩個鄰近的介電區(qū)41之間。在電阻層42與第二器件區(qū)21之間的電連接C僅僅在圖1中被示意性地圖示。邊緣終端結(jié)構(gòu)40進(jìn)一步包括摻雜類型與漂移區(qū)11相同的外部摻雜區(qū)13。外部區(qū)13鄰近在橫向方向上面背著內(nèi)部區(qū)110的最外部的介電區(qū)41?！白钔獠康慕殡妳^(qū)”41是在半導(dǎo)體本體100的橫向方向上位于最遠(yuǎn)離內(nèi)部區(qū)110的介電區(qū)。根據(jù)一個實(shí)施例(在圖1中以短劃線圖示)，電阻層42也被連接到外部摻雜區(qū)13。另外，第二電連接D可以可選地被放置在電阻層42與毗連半導(dǎo)體本體100的邊緣表面102的半導(dǎo)體表面之間，和/或可以可選地被放置在電阻層42與第一電極或端子31之間。電連接D在圖1中僅僅(以短劃線)被示意性地圖示，在這種情況下，所述電連接D在電阻層42與毗連邊緣表面102的半導(dǎo)體表面之間。在圖1中所圖示的實(shí)施例中，器件結(jié)J遠(yuǎn)離最內(nèi)部的介電區(qū)41。“最內(nèi)部的介電區(qū)”41是最接近于內(nèi)部區(qū)110的介電區(qū)。根據(jù)另一實(shí)施例(在圖1中以短劃線圖示)，器件結(jié)J在半導(dǎo)體本體100的橫向方向上延伸到最內(nèi)部的介電區(qū)41。圖2圖示了具有邊緣端子結(jié)構(gòu)40的半導(dǎo)體器件的水平橫截面視圖。圖2示出了在水平截面平面A-A中的半導(dǎo)體器件，所述水平截面平面A-A在第一表面101下面并且在第二器件區(qū)21和介電區(qū)41的區(qū)中延伸穿過半導(dǎo)體本體100。參照圖2，介電區(qū)41可以被實(shí)施為分別在內(nèi)部區(qū)110和第二器件區(qū)21周圍的同心環(huán)。在圖2的半導(dǎo)體器件中，這些同心環(huán)是矩形環(huán)。然而，這僅僅是例子。這些環(huán)也可以利用諸如橢圓形式或圓形形式之類的任何其它類型的環(huán)的形式來實(shí)施。在圖2的實(shí)施例中，半導(dǎo)體本體100在水平面中也是矩形的，并且各個單獨(dú)的環(huán)形介電區(qū)41的截面平行于半導(dǎo)體本體100的邊緣表面102延伸。然而，使介電區(qū)41的截面與半導(dǎo)體本體100的邊緣表面102平行地延伸僅僅是例子。其它實(shí)施例將參照圖11和12在下面被解釋。圖3圖示了根據(jù)另一實(shí)施例的具有邊緣終端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的水平橫截面視圖。在該實(shí)施例中，各個單獨(dú)的介電區(qū)41均具有帶有第一端41i和第二端412的開環(huán)的形式。介電區(qū)41之一的第一和第二端41p412在圖3中被指示。兩個鄰近的介電區(qū)41在這些端中的一個處彼此毗連，使得各個單獨(dú)的介電區(qū)41形成圍繞內(nèi)部區(qū)110的螺旋。雖然在圖3中各個單獨(dú)的介電區(qū)41具有矩形開環(huán)的形式，但是諸如橢圓環(huán)或圓環(huán)之類的其它形式的開環(huán)也可以被實(shí)施。具有邊緣終端結(jié)構(gòu)40的半導(dǎo)體器件的工作原理在下面被解釋。只是為了解釋的目的，假設(shè)器件結(jié)J是在η型摻雜的第一器件區(qū)11與P型摻雜的第二器件區(qū)21之間的ρη結(jié)。第二器件區(qū)的最大摻雜濃度例如在lel7Cm_3到le21Cm_3之間。進(jìn)一步假設(shè)，第一器件區(qū)11的摻雜濃度比第二器件區(qū)21的最大摻雜濃度低很多(為第二器件區(qū)21的最大摻雜濃度的至多10分之一)。為了解釋的目的，進(jìn)一步假設(shè)半導(dǎo)體器件正阻斷，這意味著半導(dǎo)體器件被操作來使得Pn結(jié)J是反向加偏壓的。通過在第一端子31與第二端子32之間施加正電壓，ρη結(jié)可以是反向加偏壓的。當(dāng)正電壓被施加在第一端子31與第二端子32之間時，在第三器件區(qū)22與第二器件區(qū)21之間存在電壓差。該電壓差引起耗盡區(qū)(空間電荷區(qū))在第一器件區(qū)11中以及在從ρη結(jié)J開始的第二器件區(qū)21中擴(kuò)張。當(dāng)電壓增加時，耗盡區(qū)在第三器件區(qū)22的方向上更深地?cái)U(kuò)張到·半導(dǎo)體本體100中。第三器件區(qū)22是摻雜濃度例如大于lel9cnT3的相對高摻雜的區(qū)。外部區(qū)13被電耦合到第三器件區(qū)22，使得不僅在半導(dǎo)體本體100的垂直方向上在第三器件區(qū)22與第二器件區(qū)21之間存在電壓差，而且在半導(dǎo)體本體100的橫向方向上在外部區(qū)13與第二器件區(qū)21之間也存在電壓差。因而，耗盡區(qū)也在邊緣區(qū)120中并且特別是在臺面區(qū)12中擴(kuò)張。由于漂移區(qū)11的摻雜濃度經(jīng)常比本體區(qū)21的摻雜濃度低很多，所以耗盡區(qū)主要在漂移區(qū)11中擴(kuò)張，但是也延伸到本體區(qū)100中。當(dāng)耗盡區(qū)在第一器件區(qū)11中擴(kuò)張或傳播時，摻雜劑原子在第一器件區(qū)11中和在第二器件區(qū)21中被電離，使得第一器件區(qū)11中的每個被電離的摻雜劑原子都在第二器件區(qū)21中具有相對應(yīng)的被電離的摻雜劑原子。第一器件區(qū)11和第二器件區(qū)21中的一些被電離的摻雜劑原子在圖1中示意性地被圖示。η型第一器件區(qū)11中的摻雜劑原子的電離結(jié)果形成第一器件區(qū)11中的正電荷，而第二器件區(qū)21中的P型摻雜劑原子的電離結(jié)果形成第二器件區(qū)21中的負(fù)摻雜劑電荷。同等地，耗盡區(qū)在邊緣區(qū)120中的擴(kuò)張或傳播與邊緣區(qū)120中的摻雜劑原子的電離以及第二器件區(qū)21中的相對應(yīng)的摻雜原子的電離相關(guān)聯(lián)。邊緣區(qū)120和第二器件區(qū)21中的這些被電離的摻雜劑原子中的一些在圖1中也示意性地被圖
/Jn ο在邊緣區(qū)120中，對應(yīng)于第二器件區(qū)21中的被電離的摻雜劑原子的“反電荷”可以是臺面區(qū)12和外部區(qū)13中的被電離的摻雜劑原子，并且可以是接近于在介電區(qū)41與周圍的半導(dǎo)體區(qū)(諸如臺面區(qū)12和外部區(qū)13)之間的界面或在該界面處的電荷。根據(jù)一個實(shí)施例，半導(dǎo)體臺面區(qū)12具有比漂移區(qū)11更高的摻雜濃度。在這種情況下，半導(dǎo)體臺面區(qū)12顯著地貢獻(xiàn)于在邊緣區(qū)120中提供被電離的摻雜劑原子。根據(jù)另一實(shí)施例，半導(dǎo)體臺面區(qū)12具有與漂移區(qū)11相同的摻雜濃度，或者具有比漂移區(qū)11甚至更低的摻雜濃度。在該實(shí)施例中，外部區(qū)13可以具有比漂移區(qū)11的摻雜濃度更高的摻雜濃度。在該實(shí)施例中，外部區(qū)13顯著地或主要地貢獻(xiàn)于在邊緣區(qū)120中提供被電離的摻雜劑原子。根據(jù)另一實(shí)施例，外部區(qū)13中的摻雜濃度與漂移區(qū)11的摻雜濃度相比只是局部地增加，所述外部區(qū)13即圍繞最外部的介電區(qū)41和/或毗連在橫向方向上朝著第二器件區(qū)21的最外部的介電區(qū)41的一個或多個介電區(qū)41的區(qū)。通常，臺面區(qū)12的摻雜濃度可以在漂移區(qū)11的摻雜濃度的近似1%到200%之間的范圍內(nèi)。外部區(qū)13的最大摻雜濃度或圍繞最外部的介電區(qū)41的更高的最大摻雜可以甚至超過漂移區(qū)11的摻雜大于10倍。圖4圖示了邊緣區(qū)120中的沿著在根據(jù)圖1的半導(dǎo)體器件的橫向方向X上延伸的
線的電場E的絕對值|5|。在圖1
和4中，xO是在半導(dǎo)體本體100的橫向方向上接近于ρη結(jié)的位置。位置χΟ位于第二器件區(qū)21中。位置Xl是電場強(qiáng)度的絕對值減少到零的位置。在圖4中所示的實(shí)施例中，外部區(qū)13的摻雜濃度與臺面區(qū)12中的摻雜濃度相比可以至少局部地增加。這導(dǎo)致電場E的急劇減少。因而，在圖4中所示的情況下，位置Xl位于外部區(qū)13中。然而，也可能的是，位置Xl可以位于臺面區(qū)12之一中(在圖4中·未示出)。參照圖4，電場強(qiáng)度的絕對值具有局部最大值和局部最小值。局部最大值在具有比半導(dǎo)體本體100的半導(dǎo)體材料更高的介電強(qiáng)度的介電區(qū)41中。最小值在半導(dǎo)體臺面區(qū)12中。在圖4中所圖示的實(shí)施例中，當(dāng)在方向X上從半導(dǎo)體臺面區(qū)12出發(fā)到另一半導(dǎo)體臺面區(qū)12時，半導(dǎo)體臺面區(qū)12中的電場強(qiáng)度的絕對值并沒有顯著減少。這是如下指示:在具有如在圖4中所圖示的特性的半導(dǎo)體器件中，臺面區(qū)12的摻雜濃度是相對低的，使得臺面區(qū)12并不顯著貢獻(xiàn)于在邊緣區(qū)120中提供被電離的摻雜劑原子。在該半導(dǎo)體器件中，(被要求來生成電場的)被電離的摻雜劑原子的大多數(shù)被提供在外部區(qū)13中。根據(jù)一個實(shí)施例,夕卜部區(qū)13包括充當(dāng)場闌區(qū)(field stop region)的更高摻雜的半導(dǎo)體區(qū)。該更高摻雜的區(qū)14在圖1中以虛線被圖示。該區(qū)的最大摻雜濃度是漂移區(qū)域11的摻雜濃度的10倍或更高，或者為約lel7cnT3或更多。當(dāng)在臺面區(qū)12中以及在臺面區(qū)12與介電區(qū)41之間的界面處提供足夠的電荷時，橫向場闌14可以被省略。根據(jù)一個實(shí)施例，半導(dǎo)體本體100的半導(dǎo)體材料是娃,而介電區(qū)41包括氧化硅。通常公知的是，在硅與氧化硅之間的界面處可以存在不同類型的電荷，諸如界面陷阱電荷、氧化物陷阱電荷或固定氧化物電荷。那些電荷的存在或生成可以由被用來生成介電區(qū)41的特定工藝影響。例如通過在第一表面101中形成溝槽以及熱氧化溝槽的側(cè)壁直到溝槽被完全地填充，這些介電區(qū)41被生成?？商鎿Q地，溝槽的表面可以被熱氧化，并且剩下的空隙可以用另一電介質(zhì)來填充。這個其它電介質(zhì)可以包括氧化物、氮化物、氣體、真空或者所提到的材料中的一個或多個的組合。例如，為了在介電區(qū)41與臺面區(qū)12之間的界面處生成負(fù)電荷，在氧化工藝期間，氧化物可以用鋁(Al)摻雜。為了生成正電荷，氧化物可以用銫(Cs)摻雜。半導(dǎo)體器件的橫向位置Xl與xO之間的電壓對應(yīng)于電場強(qiáng)度的絕對值的積分。依靠具有比半導(dǎo)體材料更高的介電強(qiáng)度的介電區(qū)41，在xl與xO之間可以被支持的電壓遠(yuǎn)高于如果介電區(qū)41曾被省略的話的可以被支持的電壓。換句話說，與沒有介電區(qū)41并且具有相同的電壓阻斷能力的邊緣終端結(jié)構(gòu)相比，介電臺面區(qū)41幫助減少了邊緣終端結(jié)構(gòu)40的寬度。被要求的介電區(qū)41的數(shù)目與想要的電壓阻斷能力有關(guān)。在圖4中所圖示的模擬基于具有十一個介電區(qū)41的半導(dǎo)體器件。然而，根據(jù)想要的電壓阻斷能力，多于十一個或少于i^一個的介電區(qū)41可以被提供。例如，在橫向方向上能夠支持為600V的電壓的邊緣終端結(jié)構(gòu)40可能只具有為約15 μ m的寬度,而沒有介電區(qū)的常規(guī)的邊緣終端結(jié)構(gòu)具有為100 μ m或更多的寬度。邊緣終端結(jié)構(gòu)的“寬度”是邊緣終端結(jié)構(gòu)40在橫向方向X上的尺寸。這個寬度主要地通過介電區(qū)41和臺面區(qū)12來限定。邊緣終端(ET) 40的電壓阻斷能力UET_MX可以如下被近似:
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其包括: 半導(dǎo)體本體，所述半導(dǎo)體本體包括第一表面、內(nèi)部區(qū)和邊緣區(qū)； 在內(nèi)部區(qū)和邊緣區(qū)中的第一摻雜類型的第一摻雜器件區(qū)； 第二器件區(qū)，所述第二器件區(qū)與第一器件區(qū)一起在內(nèi)部區(qū)中形成器件結(jié)； 多個至少兩個介電區(qū)，所述多個至少兩個介電區(qū)從第一表面延伸到半導(dǎo)體本體中，其中在半導(dǎo)體本體的橫向方向上鄰近的兩個介電區(qū)通過半導(dǎo)體臺面區(qū)被分離；以及電阻層，所述電阻層被連接到第二器件區(qū)并且被連接到至少一個半導(dǎo)體臺面區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，電阻層具有在1θ3Ω_2/πι到1θ7Ω_2/πι之間的電阻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，電阻層包括半絕緣材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中，半絕緣材料是非晶的或多晶的半導(dǎo)體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中，半導(dǎo)體材料包括SiC、GaN、GaAs、AlGaN和Si中的一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中，半絕緣材料包括摻雜玻璃、DLC或aC:H。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，介電區(qū)是環(huán)形的，并且圍繞內(nèi)部區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，介電區(qū)是環(huán)段并且彼此毗連，使得介電區(qū)形成圍繞器件結(jié)的螺旋。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括: 邊緣表面；以及 第一摻雜類型的外部摻雜區(qū)，所述第一摻雜類型的外部摻雜區(qū)在邊緣表面與介電區(qū)之間，并且具有比內(nèi)部區(qū)中的第二器件區(qū)更高的摻雜濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中，電阻層被連接到外部摻雜區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，電阻層是連續(xù)層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，電阻層包括遠(yuǎn)離的數(shù)個層段。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，每個層段都被連接到第二器件區(qū)，并且被連接到至少一個半導(dǎo)體臺面區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括多個臺面區(qū)，其中每個層段都被連接到所述臺面區(qū)中的每個。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，電阻層包括至少一個拉長的層段。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其中，至少一個拉長的層段垂直于第二器件區(qū)的邊緣延伸。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其中，至少一個拉長的層段具有縱向方向，并且其中為在10°到80°之間的角度在第二器件區(qū)的邊緣與縱向方向之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其中，在第二器件區(qū)的邊緣與縱向方向之間的角度在30°到60。之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，介電區(qū)的數(shù)目在3到20之間，或者在3到10之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中，一個介電區(qū)的寬度在0.05μπι到20 μ m之間，或者在0.05μπι到5μπι之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括: 在半導(dǎo)體本體的垂直方向上遠(yuǎn)離第二器件區(qū)的另一摻雜器件區(qū)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其中，介電層延伸至另一摻雜器件區(qū)，或延伸到所述另一摻雜器件區(qū)中。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其中，介電層遠(yuǎn)離另一摻雜器件區(qū)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件 ，其中，半導(dǎo)體器件是MOSFET、IGBT、晶閘管、BJT、結(jié)型二極管或肖特基二極管中的一個。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有邊緣終端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括含有第一表面、內(nèi)部區(qū)和邊緣區(qū)的半導(dǎo)體本體、在內(nèi)部區(qū)和邊緣區(qū)中的第一摻雜類型的第一摻雜器件區(qū)、與第一器件區(qū)一起在內(nèi)部區(qū)中形成器件結(jié)的第二器件區(qū)以及從第一表面延伸到半導(dǎo)體本體中的多個至少兩個介電區(qū)。在半導(dǎo)體本體的橫向方向上鄰近的兩個介電區(qū)通過半導(dǎo)體臺面區(qū)被分離。半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括被連接到第二器件區(qū)并且被連接到至少一個半導(dǎo)體臺面區(qū)的電阻層。
文檔編號H01L29/06GK103227193SQ20131003825
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者F.希爾勒, A.毛德, H-J.舒爾策 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司