[发明专利]具有补偿区的半导体器件

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及具有边缘终止的半导体器件，具体而言，涉及垂直功率半导体器件。

背景技术

诸如功率二极管或功率MOSFET的功率半导体器件设计用来承受高阻断电压。那些功率器件包括在p型掺杂半导体区和n型掺杂半导体区之间形成的pn结。当pn结反向偏置时，该组件阻断（被关闭）。在这种情况下，耗尽区（也被称为空间电荷区）在p型掺杂和n型掺杂区中传播。通常，这些半导体区中的一个区是比这些半导体区中的另一个区更轻度掺杂的，从而使得耗尽区主要在更轻度掺杂的区中延伸，其主要支持跨pn结施加的电压。支持阻断电压的半导体区在二极管中被称为基极区，而在MOSFET中被称为漂移区。

pn结支持高电压的能力受限于雪崩击穿现象。随着跨pn结施加的电压增加，形成pn结的那些半导体区中的电场增加。电场导致半导体区中存在的移动电荷载流子的加速。当由于电场导致电荷载流子加速，使得它们通过碰撞电离产生电子-空穴对时，雪崩击穿发生。由碰撞电离产生的电荷载流子产生新的电荷载流子，从而存在倍增效应。在雪崩击穿开始时，极大的电流在相反方向上流过pn结。雪崩击穿发生时的电压被称为击穿电压。

雪崩击穿发生时的电场被称为临界电场（E_crit）。临界电场的绝对值主要取决于用于形成pn结的半导体材料的类型，并且弱依赖于较轻度掺杂的半导体区的掺杂浓度。

临界电场是针对在与电场的场强矢量垂直的方向上具有无限尺寸的半导体区定义的理论值。然而，功率半导体组件具有在横向方向上终止于边缘表面的有限尺寸的半导体基体。在垂直功率半导体器件中，pn结通常不会延伸到半导体基体的边缘表面，而是在横向方向上远离半导体基体的边缘表面，所述垂直功率半导体器件是pn结主要在半导体基体的水平面中延伸的半导体器件。在这种情况下，在横向方向上邻接pn结的半导体基体的半导体区（边缘区）也必须承受阻断电压。

在所谓的超结器件中，pn结具有相对大的面积。这些器件包括与漂移区互补掺杂并且与漂移区邻接的补偿区。补偿区和漂移区之间的pn结形成半导体器件的整体pn结的一部分。补偿区用于当pn结反向偏置时，对漂移区中的掺杂载流子进行补偿。补偿效果允许具有比常规（非超结）器件更高掺杂浓度的漂移区的实现，从而以给定的电压阻断能力导致较低的导通电阻。

当pn结为正向偏置时，从补偿区发射到漂移区中的少数电荷载流子以及漂移区中的多数电荷载流子形成电荷载流子等离子体。当pn结为反向偏置时，该电荷载流子等离子体必须在半导体器件阻断之前从漂移区移除。当pn结为正向偏置时，存储在边缘区中的大量的电荷载流子可能导致边缘区的降低的电压阻断能力，并且可能导致半导体器件的破坏。

发明内容

第一实施例涉及半导体器件。所述半导体器件包括：半导体基体，所述半导体基体包括内区和边缘区；在所述内区和所述边缘区中并且耦合到第一端子的第一掺杂类型的第一掺杂器件区；以及在所述内区中并耦合到第二端子的与所述第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的至少一个第二掺杂器件区。此外，所述半导体器件包括所述边缘区中的少数载流子转换器结构。所述少数载流子转换器结构包括：与第一器件区邻接的第二掺杂类型的第一阱区，以及将所述第一阱区电耦合到第一器件区的导体。

附图说明

现在将参考附图来解释示例。附图用来示出基本操作，从而仅示出用于理解基本原理的必要方面。附图不是按比例的。在附图中，相同的参考字符表示相同的特征。

图1示意性地示出了在半导体基体的边缘区中包括少数电荷载流子转换器的半导体器件的垂直横截面视图；

图2示出了根据一个实施例的少数电荷载流子转换器；

图3示出了根据另外实施例的少数电荷载流子转换器；

图4示出了根据一个实施例的包括具有水平拓扑的少数电荷载流子转换器的半导体器件的顶视图；

图5示出了根据一个实施例的包括具有水平拓扑的少数电荷载流子转换器的半导体器件的顶视图；

图6示出了根据一个实施例的包括具有水平拓扑的少数电荷载流子转换器的半导体器件的顶视图；

图7示出了根据一个实施例的包括具有水平拓扑的电荷载流子转换器的半导体器件的顶视图；

图8示出了在半导体基体的边缘区中包括少数电荷载流子转换器的MOS晶体管的垂直横截面视图；以及

图9示出了在半导体基体的边缘区中包括少数电荷载流子转换器的二极管的垂直横截面视图。

具体实施方式