[实用新型]电荷补偿半导体器件

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及具有电荷补偿结构的半导体器件，特别地涉及具有电荷补偿结构的功率半导体晶体管，并且涉及用于生产这种半导体器件的相关方法。 

背景技术

半导体晶体管，特别地是场效应受控开关器件诸如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或者绝缘栅双极晶体管（IGBT），已被用于各种应用，包括但不限于用作电源和功率转换器、电动汽车、空调机以及甚至立体声系统中的开关。特别地关于能够开关大电流和/或在较高电压下操作的功率器件，常常期望低接通状态电阻Ron和高击穿电压U_bd。 

出于该目的，开发了电荷补偿半导体器件。补偿原理基于竖直MOSFET的漂移区域中的n和p掺杂区域中的电荷的相互补偿。 

典型地，由p型和n型区域形成的电荷补偿结构被布置在具有源极、本体区域和栅极区域的实际MOSFET结构下面，并且还布置在相关联的MOS沟道下面，所述MOS沟道在半导体器件的半导体体积中彼此相邻地布置，或者彼此交错，使得在断开状态下它们的电荷可以相互耗尽并且在激活状态或接通状态下导致从表面附近的源极电极到布置在背面上的漏极电极的不间断的、低阻抗的传导路径。 

借助p型和n型掺杂的补偿，在导致接通状态电阻Ron显著减少的补偿部件的情况下，电流承载区域的掺杂可以显著增加，尽管损失电流承载面积。这些半导体功率器件的接通状态电阻Ron的减少与热损失的减少相关联，使得具有电荷补偿结构的这些半导体功率器件较之传统的半导体功率器件保持“冷”。 

同时，半导体器件的开关损失变得更加重要。根据器件操作，分别存储在空间电荷区域中的输出电荷Q_OSS和电能E_OSS主要确定开关损失，所述空间电荷区域分别在断开状态下和在反向偏置期间形成。具有电荷补偿结构的半导体器件的存储的电荷Q_OSS可能相当高。这可能导致显著的开关损失E_OSS。另外为了实现反向阻挡，输出电荷Q_OSS（在特定阻挡电压下）必须被完全去除，这导致了开关延迟。 

因此，需要减少具有电荷补偿结构的半导体器件的开关损失和开关延迟。 

发明内容

根据半导体器件的一个实施例，半导体器件包括具有限定竖直方向的第一表面的半导体本体和布置在第一表面上的源极金属化。在竖直横截面中，半导体本体进一步包括：第一传导类型的漂移区域；第二传导类型的至少两个补偿区域，每个补偿区域与漂移区域形成pn结并且与源极金属化低阻电连接；第一传导类型的漏极区域，漏极区域的最大掺杂浓度高于漂移区域的最大掺杂浓度；以及第一传导类型的第三半导体层，布置在漂移区域和漏极区域之间并且包括浮动场板和与第三半导体层形成pn结的第二传导类型的浮动半导体区域中的至少一个。 

根据半导体器件的一个实施例，半导体器件包括半导体本体，其包括：第一表面，限定竖直方向；第一半导体层，延伸到第一表面并且包括pn补偿结构；第二半导体层，与第一半导体层邻接并且由第一传导类型的半导体材料制成，并且第二半导体层的每水平面积的掺杂电荷低于半导体材料的每面积的击穿电荷；以及第一传导类型的第三半导体层，与第二半导体层邻接并且包括自充电电荷陷阱、浮动场板和与第三半导体层形成pn结的第二传导类型的半导体区域中的至少一个。 

根据半导体器件的一个实施例，半导体器件包括具有限定竖直方向的第一表面的半导体本体和布置在第一表面上的第一金属化。半导体本体在竖直横截面中进一步包括：第一半导体层，延伸到第一表面并且包括连接到第一金属化的pn补偿结构；以及第一传导类型的第三半导体层，布置在第一半导体层下面并且包括浮动场板和与第三半导体层形成封闭pn结的第二传导类型的半导体区域中的至少一个。 

根据用于生产半导体器件的方法的一个实施例，该方法包括：提供第一传导类型的半导体本体，该半导体本体包括限定竖直方向的顶表面和与顶表面相对布置的背面表面；在半导体本体中从顶表面形成槽场板和第二传导类型的形成半导体本体内的pn结的半导体区域中的至少一个，所述槽场板部分地通过介电区域与半导体本体隔开；在顶表面上外延沉积第一传导类型的至少两个半导体层；在至少两个半导体层中的最上面的半导体层中形成pn补偿结构，使得在竖直横截面中形成第二传导类型的至少两个补偿区域，每个补偿区域与最上面的半导体层的剩余部分形成pn结；并且在至少两个半导体层上面形成与至少两个补偿区域低阻接触的第一金属化。