專利名稱：電荷補(bǔ)償半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，特別地涉及具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體晶體管，并且涉及用于生產(chǎn)這種半導(dǎo)體器件的相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體晶體管，特別地是場效應(yīng)受控開關(guān)器件諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或者絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，已被用于各種應(yīng)用，包括但不限于用作電源和功率轉(zhuǎn)換器、電動汽車、空調(diào)機(jī)以及甚至立體聲系統(tǒng)中的開關(guān)。特別地關(guān)于能夠開關(guān)大電流和/或在較高電壓下操作的功率器件，常常期望低接通狀態(tài)電阻Ron和高擊穿電壓Ubd。出于該目的，開發(fā)了電荷補(bǔ)償半導(dǎo)體器件。補(bǔ)償原理基于豎直MOSFET的漂移區(qū)域中的η和P摻雜區(qū)域中的電荷的相互補(bǔ)償。典型地，由P型和η型區(qū)域形成的電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)被布置在具有源極、本體區(qū)域和柵極區(qū)域的實際MOSFET結(jié)構(gòu)下面，并且還布置在相關(guān)聯(lián)的MOS溝道下面，所述MOS溝道在半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體體積中彼此相鄰地布置，或者彼此交錯，使得在斷開狀態(tài)下它們的電荷可以相互耗盡并且在激活狀態(tài)或接通狀態(tài)下導(dǎo)致從表面附近的源極電極到布置在背面上的漏極電極的不間斷的、低阻抗的傳導(dǎo)路徑。借助P型和η型摻雜的補(bǔ)償，在導(dǎo)致接通狀態(tài)電阻Ron顯著減少的補(bǔ)償部件的情況下，電流承載區(qū)域的摻雜可以顯著增加，盡管損失電流承載面積。這些半導(dǎo)體功率器件的接通狀態(tài)電阻Ron的減少與熱損失的減少相關(guān)聯(lián)，使得具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的這些半導(dǎo)體功率器件較之傳統(tǒng)的半導(dǎo)體功率器件保持“冷”。同時，半導(dǎo)體器件的開關(guān)損失變得更加重要。根據(jù)器件操作，分別存儲在空間電荷區(qū)域中的輸出電荷Qoss和電能Eres主要確定開關(guān)損失，所述空間電荷區(qū)域分別在斷開狀態(tài)下和在反向偏置期間形成。具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的存儲的電荷Qffis可能相當(dāng)高。這可能導(dǎo)致顯著的開關(guān)損失Em。另外為了實現(xiàn)反向阻擋，輸出電荷Qffis (在特定阻擋電壓下)必須被完全去除，這導(dǎo)致了開關(guān)延遲。因此，需要減少具有電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的開關(guān)損失和開關(guān)延遲。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，半導(dǎo)體器件包括具有限定豎直方向的第一表面的半導(dǎo)體本體和布置在第一表面上的源極金屬化。在豎直橫截面中，半導(dǎo)體本體進(jìn)一步包括:第一傳導(dǎo)類型的漂移區(qū)域；第二傳導(dǎo)類型的至少兩個補(bǔ)償區(qū)域，每個補(bǔ)償區(qū)域與漂移區(qū)域形成pn結(jié)并且與源極金屬化低阻電連接；第一傳導(dǎo)類型的漏極區(qū)域，漏極區(qū)域的最大摻雜濃度高于漂移區(qū)域的最大摻雜濃度；以及第一傳導(dǎo)類型的第三半導(dǎo)體層，布置在漂移區(qū)域和漏極區(qū)域之間并且包括浮動場板和與第三半導(dǎo)體層形成pn結(jié)的第二傳導(dǎo)類型的浮動半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體本體，其包括:第一表面，限定豎直方向；第一半導(dǎo)體層，延伸到第一表面并且包括pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)；第二半導(dǎo)體層，與第一半導(dǎo)體層鄰接并且由第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料制成，并且第二半導(dǎo)體層的每水平面積的摻雜電荷低于半導(dǎo)體材料的每面積的擊穿電荷；以及第一傳導(dǎo)類型的第三半導(dǎo)體層，與第二半導(dǎo)體層鄰接并且包括自充電電荷陷阱、浮動場板和與第三半導(dǎo)體層形成Pn結(jié)的第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，半導(dǎo)體器件包括具有限定豎直方向的第一表面的半導(dǎo)體本體和布置在第一表面上的第一金屬化。半導(dǎo)體本體在豎直橫截面中進(jìn)一步包括:第一半導(dǎo)體層，延伸到第一表面并且包括連接到第一金屬化的pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)；以及第一傳導(dǎo)類型的第三半導(dǎo)體層，布置在第一半導(dǎo)體層下面并且包括浮動場板和與第三半導(dǎo)體層形成封閉Pn結(jié)的第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個。根據(jù)用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法的一個實施例，該方法包括:提供第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體本體，該半導(dǎo)體本體包括限定豎直方向的頂表面和與頂表面相對布置的背面表面；在半導(dǎo)體本體中從頂表面形成槽場板和第二傳導(dǎo)類型的形成半導(dǎo)體本體內(nèi)的pn結(jié)的半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個，所述槽場板部分地通過介電區(qū)域與半導(dǎo)體本體隔開；在頂表面上外延沉積第一傳導(dǎo)類型的至少兩個半導(dǎo)體層；在至少兩個半導(dǎo)體層中的最上面的半導(dǎo)體層中形成pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，使得在豎直橫截面中形成第二傳導(dǎo)類型的至少兩個補(bǔ)償區(qū)域，每個補(bǔ)償區(qū)域與最上面的半導(dǎo)體層的剩余部分形成pn結(jié)；并且在至少兩個半導(dǎo)體層上面形成與至少兩個補(bǔ)償區(qū)域低阻接觸的第一金屬化。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括與所述漏極區(qū)域低阻接觸的漏極金屬化，其中在所述源極金屬化和所述漏極金屬化之間施加的低于所述半導(dǎo)體器件的額定擊穿電壓的反向電壓處，所述漂移區(qū)域基本上能夠耗盡。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，所述浮動場板的側(cè)壁和所述浮動場板的底壁中的至少一個通過介電區(qū)域與所述第三半導(dǎo)體層絕緣以形成電荷陷阱。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，所述浮動場板包括空腔、多晶半導(dǎo)體材料、無定形半導(dǎo)體材料、包括晶格缺陷的半導(dǎo)體材料、形成深陷阱的半導(dǎo)體材料雜質(zhì)、硅化物和金屬中的至少一個。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域在豎直方向上基本上沿所述漂移區(qū)域延伸。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，所述浮動半導(dǎo)體區(qū)域在豎直橫截面中被形成為基本上豎直取向的柱和基本上豎直取向的條形平行六面體中的一個。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，所述第三半導(dǎo)體層包括彼此豎直疊置的至少兩個間隔開的浮動半導(dǎo)體區(qū)域。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，所述第一半導(dǎo)體層具有第一傳導(dǎo)類型并且包括第二傳導(dǎo)類型的至少兩個補(bǔ)償區(qū)域，所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域中的每個與所述第一半導(dǎo)體層的第一部分形成pn結(jié)，所述第一半導(dǎo)體層的第一部分布置在所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域之間并且與所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域形成pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括:源極金屬化，布置在所述第一表面上，與所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域低阻接觸；第一傳導(dǎo)類型的漏極區(qū)域，與所述第三半導(dǎo)體層鄰接并且所述漏極區(qū)域的最大摻雜濃度高于所述第三半導(dǎo)體層的最大摻雜濃度；以及漏極金屬化，與所述漏極區(qū)域低阻接觸，其中在所述源極金屬化和所述漏極金屬化之間的低于所述半導(dǎo)體器件的額定擊穿電壓的反向電壓處，所述第一半導(dǎo)體層的第一部分基本上能夠耗盡。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，所述半導(dǎo)體區(qū)域是浮動半導(dǎo)體區(qū)域。根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實施例，所述第一半導(dǎo)體層具有第一傳導(dǎo)類型并且包括與所述第一金屬化低阻電連接的第二傳導(dǎo)類型的至少兩個補(bǔ)償區(qū)域，所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域中的每個與所述第一半導(dǎo)體層的第一部分形成pn結(jié)，所述第一半導(dǎo)體層的第一部分布置在所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域之間并且與所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域形成所述Pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀以下的詳細(xì)描述之后并且在查看附圖之后將認(rèn)識到另外的特征和優(yōu)點。

圖中的部件不一定依比例繪制，而是重點在于說明本發(fā)明的原理。此外，在圖中相同的附圖標(biāo)記表示對應(yīng)的部分。在附圖中:圖1圖示了穿過根據(jù)一個實施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體的豎直橫截面；圖2圖示了穿過根據(jù)一個實施例的圖1中圖示的半導(dǎo)體器件的豎直橫截面的一部分；圖3圖示了根據(jù)實施例的圖1中圖示的半導(dǎo)體器件的豎直電場分布；圖4圖示了穿過根據(jù)一個實施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體的豎直橫截面；圖5圖示了根據(jù)實施例的圖4中圖示的半導(dǎo)體器件的豎直電場分布；圖6圖示了穿過根據(jù)一個實施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體的豎直橫截面；圖7圖示了穿過根據(jù)一個實施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體的豎直橫截面；圖8圖示了穿過根據(jù)一個實施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體的豎直橫截面；以及圖9至12圖示了在根據(jù)另外的實施例的方法的方法步驟期間穿過半導(dǎo)體本體的豎直橫截面。
具體實施方式
在以下的詳細(xì)描述中，參照形成其一部分的附圖，并且在附圖中借助圖示示出了其中可以實踐本發(fā)明的具體實施例。在這一點上，參照所描述的(一幅或多幅)附圖的取向使用了方向術(shù)語，諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“頭”、“尾”等。由于實施例的部件可以位于許多不同的取向上，因此方向術(shù)語用于說明的目的而絕非作為限制。將理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以利用其他實施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯的改變。因此以下的詳細(xì)描述不要被視為限制意義，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。現(xiàn)在將詳細(xì)參照各種實施例，在圖中圖示了所述各種實施例的一個或多個示例。每個示例被提供作為解釋，并不意味著作為本發(fā)明的限制。例如，被說明或描述為一個實施例的部分的特征可以在其他實施例上使用或者結(jié)合其他實施例使用以產(chǎn)生另外的實施例。本發(fā)明旨在包括這些修改和變化。使用具體語言描述了示例，該具體語言不應(yīng)被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍。附圖不依比例繪制并且僅用于說明性目的。為了清楚起見，在沒有另外闡明的情況下，在不同圖中相同的元件或制造步驟由相同的附圖標(biāo)記表示。[0035]如本說明書中使用的術(shù)語“水平”旨在描述與半導(dǎo)體基板或本體的第一或主水平表面基本上平行的取向。這可以是例如晶片或管芯的表面。如本說明書中使用的術(shù)語“豎直”旨在描述被基本上布置為與第一表面垂直(即平行于半導(dǎo)體基板或本體的第一表面的法向方向)的取向。在本說明書中，半導(dǎo)體基板或半導(dǎo)體本體的第二表面被視為由下面的或背面的表面形成，而第一表面被視為由半導(dǎo)體基板的上面的、正面的或者主表面形成。因此在考慮該取向的情況下，如本說明書中使用的術(shù)語“上方”和“下方”描述了一個結(jié)構(gòu)特征相對于另一結(jié)構(gòu)特征的相對位置。在本說明書中，η摻雜被稱為第一傳導(dǎo)類型而P摻雜被稱為第二傳導(dǎo)類型。替選地，半導(dǎo)體器件可以被形成為具有相反的摻雜關(guān)系，使得第一傳導(dǎo)類型可以是P摻雜并且第二傳導(dǎo)類型可以是η摻雜。此外，一些圖通過指示與摻雜類型相鄰的或“+”而圖示了相對摻雜濃度。例如，“η_”意味著小于“η”摻雜區(qū)域的摻雜濃度的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)域具有大于“η”摻雜區(qū)域的摻雜濃度。然而，除非另外闡明，否則指示相對摻雜濃度并不意味著相同相對摻雜濃度的摻雜區(qū)域必須具有相同絕對摻雜濃度。例如，兩個不同的η.摻雜區(qū)域可以具有不同的絕對摻雜濃度。這同樣例如適用于η+摻雜和P+摻雜區(qū)域。本說明書中描述的具體實施例涉及但不限于半導(dǎo)體器件，特別地涉及場效應(yīng)半導(dǎo)體晶體管及其制造方法。在本說明書內(nèi)，術(shù)語“半導(dǎo)體器件”和“半導(dǎo)體部件”被同義地使用。所形成的半導(dǎo)體器件典型地是豎直半導(dǎo)體器件諸如豎直M0SFET，其具有布置在第一表面上的源極金屬化和絕緣柵極電極以及布置在與第一表面相對布置的第二表面上的漏極金屬化。典型地，所形成的半導(dǎo)體器件是具有有源區(qū)域的功率半導(dǎo)體器件，該有源區(qū)域具有用于承載和/或控制負(fù)載電流的多個MOSFET單元。此外，功率半導(dǎo)體器件典型地具有外圍區(qū)域，當(dāng)從上方觀看時該外圍區(qū)域具有至少部分地圍繞有源區(qū)域的至少一個邊緣終止結(jié)構(gòu)。如本說明書中使用的術(shù)語“功率半導(dǎo)體器件”旨在描述具有高電壓和/或高電流開關(guān)能力的單個芯片上的半導(dǎo)體器件。換言之，功率半導(dǎo)體器件旨在用于高電流(典型地處于安培范圍)。在本說明書內(nèi)，術(shù)語“功率半導(dǎo)體器件”和“功率半導(dǎo)體部件”被同義地使用。如本說明書中使用的術(shù)語“場效應(yīng)”旨在描述第一傳導(dǎo)類型的傳導(dǎo)“溝道”的電場介導(dǎo)形成和/或第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)域(典型地第二傳導(dǎo)類型的本體區(qū)域)中的溝道的傳導(dǎo)和/或形狀的控制。由于場效應(yīng)，在第一傳導(dǎo)類型的源極區(qū)域或發(fā)射極區(qū)域和第一傳導(dǎo)類型的漂移區(qū)域之間形成和/或控制穿過溝道區(qū)域的單極電流路徑。漂移區(qū)域可以分別與漏極區(qū)域或集電極區(qū)域接觸。漏極區(qū)域或集電極區(qū)域與漏極或集電極電極低阻電接觸。源極區(qū)域或發(fā)射極區(qū)域與源極或發(fā)射極電極低阻電接觸。在本說明書的上下文中，術(shù)語“低阻電接觸”旨在描述:當(dāng)未將電壓施加到半導(dǎo)體器件和/或未跨越半導(dǎo)體器件施加電壓時，在半導(dǎo)體器件的相應(yīng)元件或部分之間存在低歐姆的歐姆電流路徑。在本說明書內(nèi)，術(shù)語“低阻電接觸”、“電耦接”和“低阻電連接”被同義地使用。在本說明書的上下文中，術(shù)語“M0S”(金屬氧化物半導(dǎo)體)應(yīng)被理解為包括更一般的術(shù)語“MIS”(金屬絕緣體半導(dǎo)體)。例如，術(shù)語MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)應(yīng)被理解為包括具有并非是氧化物的柵極絕緣體的FET，即術(shù)語MOSFET分別在IGFET (絕緣柵場效應(yīng)晶體管)和MISFET (金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的更一般的術(shù)語含義下使用。在本說明書的上下文中，術(shù)語“柵極電極”旨在描述如下電極，所述電極與本體區(qū)域相鄰定位并且與本體區(qū)域絕緣且被配置成形成和/或控制穿過本體區(qū)域的溝道區(qū)域。在本說明書的上下文中，術(shù)語“場電極”旨在描述如下電極，所述電極被布置成與半導(dǎo)體區(qū)域(典型地漂移區(qū)域)相鄰，部分地與半導(dǎo)體區(qū)域絕緣，并且被配置成通過充電到適當(dāng)?shù)碾妷?典型地對于η型半導(dǎo)體區(qū)域，關(guān)于周圍的半導(dǎo)體區(qū)域的負(fù)電壓)來擴(kuò)展半導(dǎo)體區(qū)域中的耗盡部分。在本說明書的上下文中，術(shù)語“浮動場板”旨在描述形成電極的傳導(dǎo)區(qū)域，其被布置在半導(dǎo)體區(qū)域(典型地漂移區(qū)域)中，在豎直橫截面中在三個面與半導(dǎo)體區(qū)域絕緣，并且被配置成在半導(dǎo)體器件的阻擋模式期間捕獲電荷(對于η型半導(dǎo)體區(qū)域，典型地負(fù)電荷)，使得半導(dǎo)體區(qū)域的一部分被捕獲的電荷耗盡。傳導(dǎo)區(qū)域典型地由具有金屬或者接近金屬的電導(dǎo)率的材料制成，諸如例如鎢的金屬、高摻雜多晶硅、硅化物等。此外，浮動場板可以由其中可以形成電子溝道的弱摻雜單晶半導(dǎo)體區(qū)域形成。在本說明書的上下文中，術(shù)語“自充電電荷陷阱”旨在描述被配置成在半導(dǎo)體器件的阻擋模式期間和/或在使半導(dǎo)體器件換向期間生成并且捕獲電荷的浮動場板。術(shù)語“自充電電荷陷阱”應(yīng)涵蓋包括用于在使半導(dǎo)體器件換向期間和/或在半導(dǎo)體器件的阻擋模式期間生成電子-空穴對的電荷生成中心的浮動場板。此外，術(shù)語“自充電電荷陷阱”應(yīng)涵蓋在與周圍的半導(dǎo)體材料接觸的開口區(qū)域中至少具有在場板中和/或在周圍的半導(dǎo)體材料中的中度或高度η摻雜的場停止部分的浮動場板。在使半導(dǎo)體器件換向期間和/或在半導(dǎo)體器件的阻擋模式期間，電子可以在場停止部分中被釋放并且在自充電電荷陷阱中被捕獲。場停止部分的摻雜濃度被選擇為使得在換向期間和/或在阻擋模式期間形成的電場停止在場停止部分中或者與場停止部分相鄰地停止。在本說明書的上下文中，術(shù)語“平臺”或“平臺區(qū)域”旨在描述在豎直橫截面中延伸到半導(dǎo)體基板或本體中的兩個鄰近槽之間的半導(dǎo)體區(qū)域。如本說明書中使用的術(shù)語“換向”旨在描述半導(dǎo)體器件的電流從正向方向或傳導(dǎo)方向切換到相反方向或反向方向，在正向方向或傳導(dǎo)方向上pn負(fù)載結(jié)例如MOSFET的本體區(qū)域和漂移區(qū)域之間的pn結(jié)被正向偏置，而在相反方向或反向方向上pn負(fù)載結(jié)被反向偏置。如本說明書中使用的術(shù)語“硬換向”旨在描述以至少約101° V/S的速度換向，更典型地以至少約2*101Q V/S的速度換向。在下文中，主要參照硅(Si )半導(dǎo)體器件解釋涉及半導(dǎo)體器件以及用于形成半導(dǎo)體器件的制造方法的實施例。因此，單晶半導(dǎo)體區(qū)域或?qū)拥湫偷厥菃尉i區(qū)域或Si層。然而，應(yīng)當(dāng)理解，半導(dǎo)體本體40可以由適于制造半導(dǎo)體器件的任何半導(dǎo)體材料制成。這些材料的示例包括但不限于:基礎(chǔ)半導(dǎo)體材料，諸如硅(Si)或鍺(Ge)5IV族化合物半導(dǎo)體材料，諸如碳化娃(SiC)或鍺娃(SiGe) ;二元、三元或四元II1-V半導(dǎo)體材料,諸如氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs )、磷化鎵(GaP )、磷化銦(InP )、磷化銦鎵(InGaPa )、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁銦(AlInN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)或者磷化銦鎵砷(InGaAsP);以及二元或三元I1-VI半導(dǎo)體材料，諸如碲化鎘(CdTe)和碲化汞鎘(HgCdTe)等等。上述半導(dǎo)體材料還被稱為同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。當(dāng)組合兩種不同的半導(dǎo)體材料時，形成了異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料的示例包括但不限于氮化鋁鎵(AlGaN)-氮化鋁鎵銦(AlGalnN)、氮化銦鎵(InGaN)-氮化鋁鎵銦(AlGalnN)、氮化銦鎵(InGaN)-氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)-氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)-氮化鋁鎵(AlGaN)、硅-碳化硅(SixC^x)以及硅-SiGe異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。對于功率半導(dǎo)體應(yīng)用，當(dāng)前主要使用S1、SiC、GaAs和GaN材料。如果半導(dǎo)體本體包括分別具有高擊穿電壓和高臨界雪崩場強(qiáng)度的高帶隙材料諸如SiC或GaN，則相應(yīng)半導(dǎo)體區(qū)域的摻雜可以被選擇為較高，這減少了接通狀態(tài)電阻Ron (在下文中還被稱為接通電阻Ron)。參照圖1，解釋了半導(dǎo)體器件100的第一實施例。圖1圖示了穿過半導(dǎo)體器件100的半導(dǎo)體本體40的豎直橫截面。半導(dǎo)體本體40在限定豎直方向en的第一表面101和與第一表面101相對布置的第二表面102之間延伸。典型地形成源極金屬化的第一金屬化(圖1中未示出)布置在第一表面101上。典型地形成漏極金屬化的第二金屬化11布置在第二表面102上。此外，典型地形成柵極金屬化的第三金屬化(圖1中也未示出)也典型地布置在第一表面101上并且與第一金屬化和半導(dǎo)體本體40絕緣。因此，半導(dǎo)體器件100可以作為三端器件操作。半導(dǎo)體本體40典型地包括大塊單晶材料4和在其上形成的至少一個外延層3、2、I。由于可以在一個或多個外延層的沉積期間調(diào)整摻雜濃度，因此使用(一個或多個)外延層
3、2、1提供了調(diào)節(jié)(tailor)材料的背景摻雜的較大自由度。在圖1中圖示的示例性實施例中，半導(dǎo)體本體40包括:n型第一半導(dǎo)體層1，延伸到第一表面101 ；n型第二半導(dǎo)體層2，布置在第一半導(dǎo)體層I下面并且與第一半導(dǎo)體層I鄰接型第三半導(dǎo)體層3，布置在第二半導(dǎo)體層2下面并且與第二半導(dǎo)體層2鄰接；以及n+型半導(dǎo)體層4，布置在第三半導(dǎo)體層3下面并且與第三半導(dǎo)體層3鄰接，延伸到第二表面102并且典型地形成漏極接觸層。根據(jù)一個實施例，第一半導(dǎo)體層I包括多個P型本體區(qū)域5和具有P型補(bǔ)償區(qū)域6的pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，每個P型 補(bǔ)償區(qū)域6與相應(yīng)本體區(qū)域5鄰接。P型補(bǔ)償區(qū)域6在豎直橫截面中豎直布置在形成漂移區(qū)域Ia的第一半導(dǎo)體層I的剩余n型部分Ia之間。在示例性實施例中，P型補(bǔ)償區(qū)域6被形成為豎直取向的柱。替選地，P型補(bǔ)償區(qū)域6被形成為基本上豎直取向的條形平行六面體。補(bǔ)償區(qū)域6與源極金屬化低阻電連接。這關(guān)于圖2進(jìn)行解釋，圖2圖示了圖1中圖示的第一半導(dǎo)體層I以及在第一表面101上典型地形成的結(jié)構(gòu)的放大的部分。圖2的圖示部分典型地分別對應(yīng)于第一半導(dǎo)體層I的多個單位單元中的一個以及半導(dǎo)體器件100的上部分。在示例性實施例中,P+型本體接觸區(qū)域5c和η.型源極區(qū)域15在本體區(qū)域5中形成。此外，P+型接觸區(qū)域6c在本體接觸區(qū)域5c和補(bǔ)償區(qū)域6之間延伸。為了清楚起見在圖1以及以下的圖中未示出本體接觸區(qū)域5c、源極區(qū)域15和接觸區(qū)域6c。介電區(qū)域13布置在第一表面101上。介電區(qū)域13的一部分13a布置在第一表面101和柵極電極12之間，柵極電極12在水平方向上從漂移區(qū)域Ia沿本體區(qū)域5至少延伸到源極區(qū)域15，使得可以在本體區(qū)域5中通過場效應(yīng)沿形成柵極介電區(qū)域的部分13a形成反型溝道，其在這里還被稱為MOS溝道。因此，半導(dǎo)體器件100可以作為MOSFET操作。介電區(qū)域13的剩余部分分別形成源極金屬化10和柵極電極12與第一表面101之間的層間電介質(zhì)。在示例性實施例中，源極金屬化10經(jīng)由通過層間電介質(zhì)13形成的且進(jìn)入半導(dǎo)體本體的淺槽接觸而與源極區(qū)域15和本體接觸區(qū)域4c電接觸。在其他實施例中，源極金屬化10在第一表面101處與源極區(qū)域15和本體接觸區(qū)域5c電接觸。根據(jù)一個實施例，P型補(bǔ)償區(qū)域6和漂移區(qū)域I的摻雜濃度被選擇為使得在斷開狀態(tài)下它們的電荷可以相互耗盡并且在接通狀態(tài)下形成了從源極金屬化10到漏極金屬化I的不間斷的、低阻傳導(dǎo)路徑。根據(jù)另一實施例，柵極電極12和柵極電介質(zhì)13a可以在從第一表面101延伸到半導(dǎo)體本體中的槽中形成。在該實施例中，本體區(qū)域5和源極區(qū)域15與槽的上部分鄰接，而漂移區(qū)域Ia與槽的下部分鄰接。在該實施例中，漂移區(qū)域Ia可以不延伸到有源區(qū)域中的第一表面101。再次參照圖1，解釋了另外的實施例。MOSFET在典型的應(yīng)用中主要暴露于顯著低于額定阻擋電壓的反向電壓。典型地，MOSFET在標(biāo)定操作期間在電路中與設(shè)計的電路電壓一起使用，所述標(biāo)定操作導(dǎo)致了額定阻擋電壓的僅約30%至約70%的標(biāo)定反向電壓U。，例如對于650 V的額定阻擋電壓約為400V。此外，傳統(tǒng)的補(bǔ)償MOSFET典型地被設(shè)計為使得在與僅約10%的標(biāo)定反向電壓U?；蛏踔粮蛯?yīng)的相當(dāng)?shù)偷姆聪螂妷禾?，pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)在水平方向上已經(jīng)基本上耗盡以減少存儲的電能Etjsst5此外，存儲的電荷Qtjss主要由與傳統(tǒng)的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的水平耗盡對應(yīng)的電荷Qh確定。因此，在傳統(tǒng)的補(bǔ)償MOSFET中典型地存在接通電阻Rm和存儲電荷Qoss之間的權(quán)衡。這可以被表達(dá)為Rm*QQSS = Rm*Qh =常數(shù)。因此，在傳統(tǒng)的補(bǔ)償MOSFET中典型地存在正向電流損失和開關(guān)損失之間的權(quán)衡。即使當(dāng)考慮到典型的電壓尖峰時，MOSFET典型地暴露于顯著在正常操作期間的額定擊穿電壓Ubd以下的反向電壓。從僅稀少發(fā)生的非預(yù)期的開關(guān)事件可能得到較高的值。然而傳統(tǒng)的補(bǔ)償MOSFET的可耗盡的半導(dǎo)體體積對應(yīng)于至少100%的額定阻擋電壓。因此，傳統(tǒng)的補(bǔ)償MOSFET相對于存儲的電荷Qtjss典型地“尺寸過大”。根據(jù)一個實施例，半導(dǎo)體器件100的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)la、6和第二半導(dǎo)體層2的尺寸被制成使得標(biāo)定反向斷開電壓Uoff在阻擋模式期間基本上跨越補(bǔ)償結(jié)構(gòu)la、6和第二半導(dǎo)體層2下降，該標(biāo)定反向斷開電壓Uoff低于額定擊穿電壓Ubd并且對應(yīng)于標(biāo)定反向電壓U。加上考慮到預(yù)期的電壓尖峰的約10%至約20%的安全裕度，在該阻擋模式中漂移區(qū)域Ia和本體區(qū)域5之間的pn結(jié)被反向偏置。因此，較之傳統(tǒng)的補(bǔ)償M0SFET，存儲的電荷Qqss和開關(guān)損失在給定的接通電阻Rm和額定擊穿電壓Ubd處可以被減少。按一般規(guī)律，第一半導(dǎo)體層I在由娃制成時的豎直延伸等于或略大于約50MiPiiUtjff,但是小于約50 nm*Ubd。因此,補(bǔ)償結(jié)構(gòu)la、6可以僅阻擋高達(dá)約標(biāo)定反向斷開電壓Uoff的反向電壓。第二半導(dǎo)體層2可以具有與漂移區(qū)域Ia相同的摻雜濃度。布置在補(bǔ)償結(jié)構(gòu)la、6下面的第二半導(dǎo)體層2的體積可以在約標(biāo)定反向斷開電壓Uoff的反向電壓處作為場停止而操作。因此，第二半導(dǎo)體層2典型地具有約為QjU JUbd的每水平面積的摻雜電荷Q，例如約為所使用的半導(dǎo)體材料的每面積的擊穿電荷Q。的三分之二。例如，對于硅，每面積的擊穿電荷Q。根據(jù)摻雜濃度而為約2*1012基本電荷/cm2至約3*1012基本電荷/cm2。[0068]根據(jù)一個實施例，第三半導(dǎo)體層3包括另一結(jié)構(gòu)，其被配置成當(dāng)?shù)诙雽?dǎo)體層2在阻擋模式期間被穿通(punch)時，即當(dāng)在補(bǔ)償區(qū)域6之間形成的空間電荷區(qū)域延伸穿過第二半導(dǎo)體層2時，耗盡第三半導(dǎo)體層3。因此，避免了標(biāo)定反向斷開電壓Utjff和額定擊穿電壓之間的電壓處的半導(dǎo)體器件100的雪崩擊穿。在圖1中圖示的示例性實施例中，部分地與第三半導(dǎo)體層3絕緣并且與第三半導(dǎo)體層3鄰接的浮動場板7被布置在每個補(bǔ)償區(qū)域6下面的第三半導(dǎo)體層3中。浮動場板7可以被布置成基本上相對于對應(yīng)的補(bǔ)償區(qū)域6居中。在其他實施例中，浮動場板7相對于補(bǔ)償區(qū)域6偏移。此外，補(bǔ)償區(qū)域6和浮動場板7的間距和橫向取向可以不同。在半導(dǎo)體器件100的阻擋模式期間并且如果第二半導(dǎo)體層2被穿通，則浮動場板7被充電，即對于η型第三半導(dǎo)體層3充負(fù)電。因此，第三半導(dǎo)體層3在場板7之間水平耗盡并且因此避免了標(biāo)定反向斷開電壓Utjff和額定擊穿電壓Ubd之間的電壓處的半導(dǎo)體器件100的雪崩擊穿。由于使用浮動場板7，因此第三半導(dǎo)體層3的摻雜濃度可以相當(dāng)高，例如基本上與漂移區(qū)域Ia的摻雜濃度匹配。因此，半導(dǎo)體器件100的接通狀態(tài)電阻Rm典型地保持低。此外，浮動場板7僅在標(biāo)定反向斷開電壓Utjff以上的異常高的電壓處充電。因此，半導(dǎo)體器件100的正常操作期間的開關(guān)損失保持低。由于標(biāo)定反向斷開電壓Utjff以上的反向電壓是罕見的，因此較之相同接通狀態(tài)電阻Rm的傳統(tǒng)的補(bǔ)償M0SFET，半導(dǎo)體器件100的總體開關(guān)損失典型地較低。換言之，改進(jìn)了開關(guān)損失和正向電流損失之間的權(quán)衡。在圖1中圖示的示例性實施例中，在圖示的橫截面中，每個浮動場板7的側(cè)壁和底壁通過例如包括氧化硅的相應(yīng)絕緣區(qū)域8與第三半導(dǎo)體層3隔開。因此，浮動場板7和絕緣區(qū)域8形成了電子的自充電電荷陷阱7、8。根據(jù)一個實施例，浮動場板7包括用于在電場中生成電子-空穴對的電荷生成中心。例如，浮動場板7可以包括費米能量在第三半導(dǎo)體層3的半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶中的傳導(dǎo)材料。例如，浮動場板7可以包括如鎢的金屬或者在電場中具有高電荷生成速率的硅化物。當(dāng)金屬被用作浮動場板7的傳導(dǎo)材料時，可以在每個浮動場板7和第三半導(dǎo)體層3之間使用對接(butting)接觸以避免整流接觸。替選地，浮動場板7可以包括具有晶格缺陷的傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料，諸如高摻雜的多晶硅或無定形硅。晶格缺陷也可以通過注入形成。此外，通過將AiuCu或Pt注入到浮動場板7的半導(dǎo)體材料中和/或浮動場板7和相應(yīng)絕緣區(qū)域8之間的界面處而形成的深陷阱可以被用作電荷生成中心。此外，浮動場板7可以包括一個或多個空腔。半導(dǎo)體材料和空腔之間的界面也可以形成電子-空穴對的生成中心。在反向電壓超過標(biāo)定反向斷開電壓Utjff的情況下，電子-空穴對在浮動場板7的電荷生成中心處生成并且在電場中隔開?？昭ㄔ陔妶鲋蟹謩e朝向源極金屬化和第一表面101移動，而生成的電子由于絕緣區(qū)域8而保持捕獲于浮動場板7中。當(dāng)浮動場板7被充分充電并且基本上沒有場時，電子-空穴對的生成停止。捕獲的電荷為第三半導(dǎo)體層3的耗盡部分的固定電荷提供了相反電荷。絕緣區(qū)域8也可以在頂部上部分地使浮動場板7絕緣。在圖1中圖示的示例性實施例中，通過相應(yīng)絕緣區(qū)域8部分地絕緣的浮動場板7形成自充電電子陷阱7、8。在其中第三半導(dǎo)體層3是P型的其他實施例中，自充電空穴陷阱
7、8由部分地絕緣的浮動場板7提供。當(dāng)半導(dǎo)體器件100再次在正向電流方向上切換時，充電的浮動場板7被再次放電以維持低接通電阻Rm。在豎直橫截面中，浮動場板7和自充電電荷陷阱7、8分別具有典型地較之最大水平延伸的更大豎直延伸。在豎直橫截面中，絕緣區(qū)域8可以是基本上U形的，但是也可以是基本上V形的。根據(jù)一個實施例，自充電電荷陷阱7、8基本上延伸到漏極層4。圖3圖示了在阻擋模式期間圖1中圖示的半導(dǎo)體器件100沿豎直線s的電場分布，豎直線s部分地行進(jìn)通過一個補(bǔ)償區(qū)域6。當(dāng)標(biāo)定反向斷開電壓1 處或其以下的反向電壓U (USUtjff)施加在漏極金屬化和源極金屬化之間時，反向電壓U基本上跨越第一半導(dǎo)體層I和第二半導(dǎo)體層2下降。這可以從電場分布E1推斷。注意，電壓降對應(yīng)于電場沿路徑s的線積分。在標(biāo)定反向斷開電壓Uoff以上的反向電壓U處，第二半導(dǎo)體層2被穿通并且反向電壓U的一部分跨越第三半導(dǎo)體層3下降。這針對電場分布E2進(jìn)行圖示，所述電場分布E2對應(yīng)于在漏極金屬化和源極金屬化之間施加擊穿電壓Udb。在該情況下，在半導(dǎo)體本體中達(dá)到臨界場強(qiáng)度E。并且第二半導(dǎo)體層2下面的電壓降約為Udb-Uoff。圖4圖示了穿過半導(dǎo)體器件200的半導(dǎo)體本體40的豎直橫截面。圖4中所示的半導(dǎo)體器件200與上文關(guān)于圖1至3解釋的半導(dǎo)體器件100相似。然而，P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域9被布置在相應(yīng)浮動場板7上面并且與相應(yīng)浮動場板7接觸。因此，浮動場板7不與第三半導(dǎo)體層3直接接觸，而是經(jīng)由在第三半導(dǎo)體層3和P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域9之間形成的相應(yīng)pn結(jié)電接觸。在其他實施例中，P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域9相對浮動場板7略微移位。這便于在半導(dǎo)體器件200在正向電流方向上再次切換時對充電的浮動場板7的完全放電。替選地，通過將間斷的P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域9布置在浮動場板7上，可以便于對充電的浮動場板7的完全放電。例如，在穿過半導(dǎo)體器件200的另一豎直橫截面中可以不存在P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域9。由于P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域9，較之不具有P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域9的半導(dǎo)體器件，阻擋模式和高反向電壓期間的第三半導(dǎo)體層3中的電場得以增加。這在圖5中圖示，圖5示出了在阻擋模式期間圖4中圖示的半導(dǎo)體器件200沿豎直線s的電場分布，豎直線s部分地行進(jìn)通過一個補(bǔ)償區(qū)域6。當(dāng)標(biāo)定反向斷開電壓Utjff處或其以下的反向電壓U (U SUtjff)施加在漏極金屬化和源極金屬化之間時，反向電壓U基本上跨越第一半導(dǎo)體層I和第二半導(dǎo)體層2下降，如電場分布E1所示。在標(biāo)定反向斷開電壓Utjff以上的反向電壓U處，第二半導(dǎo)體層2被穿通并且反向電壓U的一部分跨越第三半導(dǎo)體層3下降。這由電場分布E2圖示，電場分布E2對應(yīng)于在漏極金屬化和源極金屬化之間施加擊穿電壓Udb。在該情況下，在半導(dǎo)體本體40中達(dá)到臨界場強(qiáng)度E。并且第二半導(dǎo)體層2下面的電壓降約為Udb-Uoff。這與上文關(guān)于圖3針對半導(dǎo)體器件100解釋的相似。然而，對于圖4的半導(dǎo)體器件200，反向電壓U的跨越第三半導(dǎo)體層3下降的部分顯著較大。因此在基本上相同的接通狀態(tài)電阻RmT，較之圖1的半導(dǎo)體器件100，圖4的半導(dǎo)體器件200典型地具有較高的擊穿電壓Udb。圖6圖示了穿過半導(dǎo)體器件300的半導(dǎo)體本體40的豎直橫截面。圖6中所示的半導(dǎo)體器件300與上文關(guān)于圖4和5解釋的半導(dǎo)體器件200相似。然而，由相應(yīng)浮動場板7 (其分別通過絕緣區(qū)域8與第三半導(dǎo)體層3部分地隔開)形成的每個自充電電荷陷阱7、8在豎直方向上分為下自充電電荷陷阱7、8和上自充電電荷陷阱7、8。典型地，P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域9至少布置在上自充電電荷`陷阱7、8上。再次，P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域9可以與相應(yīng)浮動場板7鄰接或者通過第三半導(dǎo)體層3的相應(yīng)部分與相應(yīng)浮動場板7隔開。此外，超過兩層的自充電電荷陷阱7、8可以彼此疊置。此外，自充電電荷陷阱7、8的間距可以在自充電電荷陷阱7、8的不同層之間不同和/或自充電電荷陷阱7、8的不同層可以在水平方向上偏移。圖7圖示了穿過半導(dǎo)體器件400的半導(dǎo)體本體40的豎直橫截面。圖7中所示的半導(dǎo)體器件400與上文關(guān)于圖1至3解釋的半導(dǎo)體器件100相似。然而，浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a被布置在半導(dǎo)體器件400的第三半導(dǎo)體層3中而非在由介電區(qū)域在側(cè)面和底面與第三半導(dǎo)體層3隔開的浮動場板形成的自充電電荷陷阱中。在圖7中圖示的示例性實施例中，浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a具有相同的間距并且分別相對于補(bǔ)償區(qū)域6和本體區(qū)域5豎直地居中。然而浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a也可以分別相對于補(bǔ)償區(qū)域6和本體區(qū)域5水平地偏移，和/或具有不同的間距。與上文關(guān)于圖1至3針對半導(dǎo)體器件100解釋的相似，半導(dǎo)體器件400的第一半導(dǎo)體層I中的在阻擋模式期間形成的空間電荷區(qū)域在高達(dá)標(biāo)定反向斷開電壓Utjff的反向電壓處未延伸通過第二半導(dǎo)體層2。僅當(dāng)反向電壓超過標(biāo)定反向斷開電壓Utjff時，第二半導(dǎo)體層2被穿通。在該情況下，第三半導(dǎo)體層3在浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a之間首先水平耗盡。浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a的最大摻雜濃度可以基本上與補(bǔ)償區(qū)域6和本體區(qū)域5的最大摻雜濃度分別匹配。然而，這可能取決于標(biāo)定反向斷開電壓Utjff和擊穿電壓Ubd之間的比。上浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a和下浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域6a的最大摻雜濃度可以基本上匹配。當(dāng)?shù)谌雽?dǎo)體層3在浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a之間水平耗盡時，電子和空穴典型地分別放電到漏極金屬化和源極金屬化中。當(dāng)半導(dǎo)體器件400隨后切換到正向電流模式時，浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a仍可以被充電。因此，接通電阻Ron可以增加。然而第二半導(dǎo)體層2的穿通僅在罕見的情況下發(fā)生并且浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a在隨后的開關(guān)周期中通過熱生成的電荷載流子進(jìn)行再充電。因此，較之傳統(tǒng)的補(bǔ)償M0SFET，時間平均的接通電阻Rm至多僅略微增加而開關(guān)損失顯著減少。在圖7中圖示的示例性實施例中，浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a在豎直橫截面中被形成為基本上豎直取向的柱。在其他實施例中，浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a在豎直橫截面中被形成為基本上取向的條形平行六面體。不同于補(bǔ)償區(qū)域6和本體區(qū)域5，在浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a和源極金屬化或所提供的任何其他端子之間不存在低電阻率電流路徑。浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域6a可以比補(bǔ)償區(qū)域6更高地?fù)诫s，因為浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域6a典型地在阻擋模式中未耗盡。根據(jù)一個實施例，泡形P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域6a而非柱形P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域6a布置在第三半導(dǎo)體層3中。這在圖8中圖示，圖8對應(yīng)于穿過相似的半導(dǎo)體器件500的半導(dǎo)體本體40的豎直橫截面。為了改進(jìn)上文關(guān)于圖7和8解釋的浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域5a、6a的放電，可以提供放電結(jié)構(gòu)。例如，與第三半導(dǎo)體層3接觸的n+型接觸區(qū)域可以與P型半導(dǎo)體區(qū)域6a鄰接。此外，用于在電場中生成電子-空穴對的諸如晶格缺陷或雜質(zhì)的電荷生成中心可以提供在P型半導(dǎo)體區(qū)域6a和相應(yīng)n+型接觸區(qū)域之間形成的pn結(jié)處和/或與該pn結(jié)接近。例如，硅化物、多晶硅或無定形硅區(qū)域可以嵌入在每個P型半導(dǎo)體區(qū)域6a和相應(yīng)n+型接觸區(qū)域之間。替選地，η型子區(qū)域可以布置在一些或所有浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域6a的上部分中。η型子區(qū)域典型地經(jīng)由相應(yīng)金屬或硅化物區(qū)域與相應(yīng)P型半導(dǎo)體區(qū)域6連接。此外，可以在一些或所有浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域6a中形成電荷生成中心。替選地，高電阻率弱P摻雜半導(dǎo)體區(qū)域可以使P型半導(dǎo)體區(qū)域6a與相應(yīng)補(bǔ)償區(qū)域6連接以改進(jìn)阻擋模式期間的放電。弱P摻雜半導(dǎo)體區(qū)域的摻雜濃度典型地被選擇為使得它們在低反向電壓處被完全耗盡，該低反向電壓例如小于額定阻擋電壓的約10%或甚至小于額定阻擋電壓的約3%。圖9至12在豎直橫截面中圖示了根據(jù)若干實施例的用于形成半導(dǎo)體器件100的方法。這些圖示出了在特定方法步驟期間或之后穿過半導(dǎo)體本體的豎直橫截面。在第一工藝中，提供具有頂表面103以及與頂表面103相對的第二或背面表面102的例如晶片或基板的半導(dǎo)體本體。頂表面103的法向方向en基本上平行于豎直方向。如圖9中圖示，半導(dǎo)體本體典型地包括n+型第四半導(dǎo)體層4，其延伸到第二表面102并且典型地形成將生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件中的漏極層。η型半導(dǎo)體層31布置在第四半導(dǎo)體層4上并且延伸到頂表面103。參照圖10，將豎直槽50從頂表面103刻蝕到半導(dǎo)體層31中。此外，豎直槽50的側(cè)壁和底壁通過絕緣區(qū)域8絕緣。這可以通過沉積和/或熱氧化以及從頂表面103去除所形成的介電層來實現(xiàn)。替選地，用于形成豎直槽50的介電層或硬掩?？梢杂米饔糜谛纬蓤霭宓目涛g停止并且隨后被去除。參照圖11，場板7在豎直槽50中形成。形成場板7可以包括:沉積傳導(dǎo)材料，諸如如鎢的金屬、高摻雜多晶硅、高摻雜無定形硅或高摻雜多孔硅；以及回刻蝕沉積的傳導(dǎo)材料。典型地，場板7被形成為使得在場板7中包括電荷生成中心。例如，可以在傳導(dǎo)材料中通過注入形成晶格缺陷。替選地或此外，可以通過將AiuCu或Pt注入到浮動場板7的沉積的半導(dǎo)體材料中和/或浮動場板7和相應(yīng)絕緣區(qū)域8之間的界面處來形成深陷阱。隨后，典型地在頂表面103上沉積若干外延層并且執(zhí)行離子注入工藝以通過增加半導(dǎo)體層31的豎直厚度來形成第三半導(dǎo)體層3，形成布置在第三半導(dǎo)體層3上的第二半導(dǎo)體層2和布置在第二半導(dǎo)體層2上的第一半導(dǎo)體層I，并且形成第一半導(dǎo)體層I中的補(bǔ)償區(qū)域6和本體區(qū)域5。在圖12中圖示了得到的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。典型地，補(bǔ)償區(qū)域6被形成為基本上豎直取向的柱或者基本上豎直取向的條形平行六面體。典型地利用積分離子劑量執(zhí)行離子注入工藝，使得當(dāng)跨越半導(dǎo)體本體40在反向電流方向上施加約為標(biāo)定反向斷開電壓Utjff的反向電壓(其低于半導(dǎo)體器件的額定擊穿電壓)時，第一半導(dǎo)體層I的形成漂移區(qū)域的剩余部分Ia基本上被耗盡，所述反向電流方向?qū)?yīng)于反向偏置在補(bǔ)償區(qū)域6和漂移區(qū)域Ia之間形成的pn結(jié)。第二半導(dǎo)體層2典型地被形成為其每水平面積的摻雜電荷低于所沉積半導(dǎo)體材料的每面積的擊穿電荷?？蛇x地，P型浮動半導(dǎo)體區(qū)域可以在浮動場板7上的第三半導(dǎo)體層3中形成。隨后，可以通過注入來形成n+型源極區(qū)域、P型本體區(qū)域和P+型本體接觸區(qū)域。此夕卜，典型地在第一半導(dǎo)體層I延伸到的第一表面101上形成絕緣柵極電極。典型地在第一表面101上形成層間電介質(zhì)并且使其在源極和本體區(qū)域上凹陷。得到的半導(dǎo)體器件100在圖1、2中圖示。隨后，在第一表面101上形成與源極區(qū)域、本體接觸區(qū)域并且因此與本體區(qū)域和補(bǔ)償區(qū)域6低電阻率接觸的源極金屬化。為了形成三端M0SFET，在第二表面102上沉積漏
極金屬化?？梢酝瑯有纬扇鐖D7和8中圖示的半導(dǎo)體器件。然而，代替如上文關(guān)于圖10和11解釋的那樣在槽中形成場板，例如通過注入來形成浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域。典型地，在至少一個浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域中形成具有晶格缺陷的子區(qū)域。此外，n+型接觸區(qū)域可以形成為與至少一個浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域、其子區(qū)域和第三半導(dǎo)體層3鄰接或者嵌入在至少一個浮動P型半導(dǎo)體區(qū)域中。根據(jù)一個實施例，所形成的半導(dǎo)體器件包括具有限定豎直方向的第一表面的半導(dǎo)體本體和布置在第一表面上的源極金屬化。在豎直橫截面中，半導(dǎo)體本體進(jìn)一步包括:第一傳導(dǎo)類型的漂移區(qū)域；第二傳導(dǎo)類型的至少兩個補(bǔ)償區(qū)域，每個補(bǔ)償區(qū)域與漂移區(qū)域形成pn結(jié)并且與第一金屬化低阻電連接；以及第一傳導(dǎo)類型的第三半導(dǎo)體層，布置在漂移區(qū)域下面并且包括浮動場板、自充電電荷陷阱和與第三半導(dǎo)體層形成pn結(jié)的第二傳導(dǎo)類型的浮動半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個。典型地，由第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料制成的第二半導(dǎo)體層布置在漂移區(qū)域和第三半導(dǎo)體層之間并且與漂移區(qū)域和第三半導(dǎo)體層鄰接，并且其每水平面積的摻雜電荷低于半導(dǎo)體材料的每面積的擊穿電荷。所形成的半導(dǎo)體器件典型地是豎直M0SFET，更典型地是豎直功率M0SFET，其中第一金屬化形成源極金屬化?？梢苑謩e形成并布置與源極金屬化相對的漏極金屬化。替選地，漏極金屬化可以分別形成并布置在第一表面上以形成所謂的漏極向上(drain-up)MOSFET。在漏極向上MOSFET中，第一傳導(dǎo)類型的高摻雜的埋層典型地布置在第三半導(dǎo)體層下面并且經(jīng)由高摻雜的第一傳導(dǎo)類型的下沉(sinker)區(qū)域與漏極金屬化低阻電連接。在另一實施例中，所形成的半導(dǎo)體器件是橫向M0SFET，更典型地是橫向功率MOSFET0在該實施例中，漂移區(qū)域、第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層在豎直橫截面中并列布置。在該實施例中，第一金屬化形成源極金屬化，并且漏極金屬化和柵極金屬化典型地也布置在第一表面上。此外，如上文在圖1、3至6、11和12中圖示的，在豎直橫截面中浮動場板和自充電電荷陷阱較之它們在豎直MOSFET中的取向分別典型地旋轉(zhuǎn)了約90°。根據(jù)一個實施例，所形成的半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體本體，其包括:第一表面，限定豎直方向；第一半導(dǎo)體層，延伸到第一表面并且包括Pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)；第二半導(dǎo)體層，包括第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料，布置在第一半導(dǎo)體層下面，并且其每水平面積的摻雜電荷低于半導(dǎo)體材料的每面積的擊穿電荷；以及第一傳導(dǎo)類型的第三半導(dǎo)體層，布置在第二半導(dǎo)體層下面并且包括浮動場板、自充電電荷陷阱和與第三半導(dǎo)體層形成pn結(jié)的第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個。盡管已公開了本發(fā)明的各種示例性實施例，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行將實現(xiàn)本發(fā)明的某些優(yōu)點的各種改變和修改。對于本領(lǐng)域合理技術(shù)人員將明顯的是，可以適當(dāng)?shù)靥鎿Q為執(zhí)行相同功能的其他部件。應(yīng)當(dāng)提到，參照具體圖解釋的特征可以與其他圖的特征組合，即使在其中這并未明確提到的那些情況下。對發(fā)明概念的這些修改旨在由所附權(quán)利要求覆蓋。為了易于描述，諸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上”等的空間相對術(shù)語用于解釋一個元件相對于第二元件的定位。這些術(shù)語旨在涵蓋除了與圖中描繪的取向不同的取向以外的器件的不同取向。此外，諸如“第一”、“第二”等的術(shù)語也用于描述各種元件、區(qū)域、部分等，并且也不旨在進(jìn)行限制。在描述通篇中相同的術(shù)語指示相同的元件。如這里使用的術(shù)語“具有”、“包含”、“包括(including)”、“包括(comprising)”等是開放式術(shù)語，其指示所述的元素或特征的存在但是并未排除另外的元素或特征。除非上下文清楚地指示另外的情況，否則冠詞“一(a)”、“一個(an)”和“該”旨在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)。記住變化和應(yīng)用的以上范圍，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不受前面的描述限制，也不受附圖限制。作為代替，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求及其法律等同物限制。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體器件,包括:半導(dǎo)體本體，具有限定豎直方向的第一表面；和布置在第一表面上的源極金屬化，在豎直橫截面中所述半導(dǎo)體本體進(jìn)一步包括: -第一傳導(dǎo)類型的漂移區(qū)域； -第二傳導(dǎo)類型的至少兩個補(bǔ)償區(qū)域，每個所述補(bǔ)償區(qū)域與所述漂移區(qū)域形成Pn結(jié)并且與所述源極金屬化低阻電連接； -第一傳導(dǎo)類型的漏極區(qū)域，所述漏極區(qū)域的最大摻雜濃度高于所述漂移區(qū)域的最大摻雜濃度；以及 -第一傳導(dǎo)類型的第三半導(dǎo)體層，布置在所述漂移區(qū)域和所述漏極區(qū)域之間并且包括浮動場板和與所述第三半導(dǎo)體層形成Pn結(jié)的第二傳導(dǎo)類型的浮動半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括:第二半導(dǎo)體層，包括第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料，布置在所述漂移區(qū)域和所述第三半導(dǎo)體層之間并且與所述漂移區(qū)域和所述第三半導(dǎo)體層鄰接，并且所述第二半導(dǎo)體層的每水平面積的摻雜電荷低于所述半導(dǎo)體材料的每面積的擊穿電荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中與所述漂移區(qū)域鄰接的第二傳導(dǎo)類型的本體區(qū)域布置在所述第一表面和所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域中的每個之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括與所述漏極區(qū)域低阻接觸的漏極金屬化，其中在所述源極金屬化和所述漏極金屬化之間施加的低于所述半導(dǎo)體器件的額定擊穿電壓的反向電壓處，所述漂移區(qū)域基本上能夠耗盡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述浮動場板的側(cè)壁和所述浮動場板的底壁中的至少一個通過介電區(qū)域與所述第三半導(dǎo)體層絕緣以形成電荷陷阱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中所述介電區(qū)域在豎直橫截面中是基本上U形的或V形的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述浮動場板包括至少一個電荷生成中心。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述浮動場板包括空腔、多晶半導(dǎo)體材料、無定形半導(dǎo)體材料、包括晶格缺陷的半導(dǎo)體材料、形成深陷阱的半導(dǎo)體材料雜質(zhì)、硅化物和金屬中的至少一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述浮動場板布置在所述浮動半導(dǎo)體區(qū)域下面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述浮動場板與所述浮動半導(dǎo)體區(qū)域間隔開。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域在豎直方向上基本上沿所述漂移區(qū)域延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域中的每個在豎直橫截面中被形成為基本上豎直取向的柱和基本上豎直取向的條形平行六面體中的一個。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述浮動半導(dǎo)體區(qū)域在豎直橫截面中被形成為基本上豎直取向的柱和基本上豎直取向的條形平行六面體中的一個。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第三半導(dǎo)體層被布置在所述漂移區(qū)域下面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第三半導(dǎo)體層包括彼此豎直疊置的至少兩個間隔開的浮動半導(dǎo)體區(qū)域。
16.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體本體，所述半導(dǎo)體本體包括: -第一表面，限定豎直方向； -第一半導(dǎo)體層，延伸到所述第一表面并且包括Pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)； -第二半導(dǎo)體層，與所述第一半導(dǎo)體層鄰接，包括第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料，并且第二半導(dǎo)體層的每水平面積的摻雜電荷低于所述半導(dǎo)體材料的每面積的擊穿電荷；以及 -第一傳導(dǎo)類型的第三半導(dǎo)體層，與所述第二半導(dǎo)體層鄰接并且包括自充電電荷陷阱、浮動場板和與所述第三半導(dǎo)體層形成Pn結(jié)的第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體層具有第一傳導(dǎo)類型并且包括第二傳導(dǎo)類型的至少兩個補(bǔ)償區(qū)域，所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域中的每個與所述第一半導(dǎo)體層的第一部分形成Pn結(jié)，所述第一半導(dǎo)體層的第一部分布置在所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域之間并且與所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域形成Pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括:源極金屬化，布置在所述第一表面上，與所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域低阻接觸；第一傳導(dǎo)類型的漏極區(qū)域，與所述第三半導(dǎo)體層鄰接并且所述漏極區(qū)域的 最大摻雜濃度高于所述第三半導(dǎo)體層的最大摻雜濃度；以及漏極金屬化，與所述漏極區(qū)域低阻接觸，其中在所述源極金屬化和所述漏極金屬化之間的低于所述半導(dǎo)體器件的額定擊穿電壓的反向電壓處，所述第一半導(dǎo)體層的第一部分基本上能夠耗盡。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體區(qū)域是浮動半導(dǎo)體區(qū)域。
20.一種半導(dǎo)體器件,包括:半導(dǎo)體本體，具有限定豎直方向的第一表面；和布置在所述第一表面上的第一金屬化，在豎直橫截面中所述半導(dǎo)體本體進(jìn)一步包括: -第一半導(dǎo)體層，延伸到所述第一表面并且包括連接到所述第一金屬化的Pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)；以及 -第一傳導(dǎo)類型的第三半導(dǎo)體層，布置在所述第一半導(dǎo)體層下面并且包括浮動場板和與所述第三半導(dǎo)體層形成封閉Pn結(jié)的第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體層具有第一傳導(dǎo)類型并且包括與所述第一金屬化低阻電連接的第二傳導(dǎo)類型的至少兩個補(bǔ)償區(qū)域，所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域中的每個與所述第一半導(dǎo)體層的第一部分形成pn結(jié)，所述第一半導(dǎo)體層的第一部分布置在所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域之間并且與所述至少兩個補(bǔ)償區(qū)域形成所述pn補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型涉及電荷補(bǔ)償半導(dǎo)體器件。一種半導(dǎo)體器件包括具有限定豎直方向的第一表面的半導(dǎo)體本體和布置在第一表面上的源極金屬化。在豎直橫截面中，半導(dǎo)體本體進(jìn)一步包括第一傳導(dǎo)類型的漂移區(qū)域；第二傳導(dǎo)類型的至少兩個補(bǔ)償區(qū)域，每個補(bǔ)償區(qū)域與漂移區(qū)域形成pn結(jié)并且與源極金屬化低阻電連接；第一傳導(dǎo)類型的漏極區(qū)域，漏極區(qū)域的最大摻雜濃度高于漂移區(qū)域的最大摻雜濃度；以及第一傳導(dǎo)類型的第三半導(dǎo)體層，布置在漂移區(qū)域和漏極區(qū)域之間并且包括浮動場板和與第三半導(dǎo)體層形成pn結(jié)的第二傳導(dǎo)類型的浮動半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個。
文檔編號H01L29/06GK202930388SQ20122016965
公開日2013年5月8日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者F.希爾勒, H.韋伯 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司