[发明专利]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，特别涉及具有电荷补偿结构的功率半导体晶体管。

背景技术

半导体晶体管、特别是诸如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极晶体管（IGBT）的场效应控制开关器件已被用于各种应用，包括但不限于用作电源和功率转转器、电动汽车、空调机以及甚至立体声系统中的开关。特别是相对于能够切换大的电流和/或在较高电压下操作的功率器件，常常期望低通态电阻Ron和高击穿电压U_bd。

出于此目的，开发了电荷补偿半导体器件。补偿原理是基于MOSFET的漂移区中的n和p掺杂区的电荷的互补偿。

通常，由p型和n型区行形成的电荷补偿结构、例如p型和n型列（column）是用于布置在具有源极区、主体区和栅极区的实际MOSFET结构下面且还在关联MOS沟道下面的垂直电荷补偿MOSFET。p型和n型区被相互紧挨着布置在半导体器件的半导体体积中或者相互交错，其方式为在截止状态下，其电荷能够被相互耗尽，并且在激活或导通状态下，得到从表面附近的源极电极到可以布置在背面的漏极电极的不中断、低阻抗传导路径。

借助于p型和n型掺杂剂的补偿，能够在补偿部件的情况下显著地增加载流区的掺杂（与具有相同击穿电压但没有补偿结构的结构相比），这导致通态电阻Ron的显著减小，尽管有载流区域的损失。此类半导体功率器件的通态电阻Ron的减小与热损失的减少相关联，使得具有电荷补偿结构的此类半导体功率器件与常规半导体功率器件相比保持“冷却”。

如果电荷补偿结构延伸至高掺杂半导体衬底，则将实现最低通态电阻Ron。然而，高度掺杂半导体衬底和常规电荷补偿区之间的直接过渡由于以下原因而增加器件故障的风险。由于输出电容的突然弯曲，快速开关可能转而产生电压的极高变化（dV/dt），导致半导体器件的毁坏。在使主体二极管换向期间，当载流子等离子体被耗尽时可能发生非常突然的电流中断（缺少主体二极管的“柔软”），这有可能转而导致振荡且甚至是半导体器件的毁坏。此外，在可能由宇宙辐射或外部感应负载触发的雪崩事件的情况下，电场在高度掺杂半导体衬底与电荷补偿区之间的过渡区中可能大大地增加。这可能导致产生甚至更多的载流子，其可能与在源极区、主体区以及漏极区之间形成的寄生双极晶体管的点火相组合，其也可以损坏半导体器件。

相应地，需要改善电荷补偿结构的通态电阻Ron和可靠性之间的权衡。

发明内容

根据具有击穿电压的半导体器件的实施例包括源极金属化部、漏极金属化部和半导体主体。该半导体主体包括与漏极金属化部进行欧姆接触的第一导电性类型的漂移层和邻接该漂移层且具有高于漂移层的最大掺杂浓度的第一导电性类型的缓冲和场阻止层。半导体主体还在垂直横截面中包括第二导电性类型的多个间隔开的补偿区，其中的每一个与漂移层及缓冲和场阻止层形成各自第一pn结，并且与源极金属化部进行欧姆接触。每个补偿区包括第二部分和布置在第二部分与源极金属化部之间的第一部分。第一部分和漂移层形成具有基本上等于零的净掺杂的基本上带状第一区域。第二部分及至少缓冲和场阻止层形成具有第一导电性类型的净掺杂的基本上带状第二区域。当在漏极金属化部和源极金属化部之间施加在击穿电压的约30%与至少70%之间的反向电压时，在第二区域中形成空间电荷区。

根据具有击穿电压的半导体器件的实施例，半导体器件包括源极金属化部、漏极金属化部和半导体主体。半导体主体包括与漏极金属化部进行欧姆接触的第一导电性类型的漂移层和布置在漏极金属化部与漂移层之间、与漂移层进行欧姆接触且具有高于漂移层的最大掺杂浓度的第一导电性类型的场阻止层。半导体主体还在垂直横截面中包括第二导电性类型的至少两个间隔开的补偿区，其中的每一个与漂移层形成各自第一pn结，并且与源极金属化部进行欧姆接触，并且在垂直横截面中，包括第二导电性类型的至少两个浮置补偿区，其中的每一个与场阻止层形成闭合pn结，并被布置在当在漏极金属化部与源极金属化部之间施加击穿电压时不被耗尽的场阻止层的一部分中。