場效應(yīng)半導(dǎo)體器件以及其運行和制造的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施方式涉及場效應(yīng)半導(dǎo)體器件、尤其是垂直型場效應(yīng)半導(dǎo)體晶體管并且涉及場效應(yīng)半導(dǎo)體器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體晶體管、尤其是場效應(yīng)受控的半導(dǎo)體晶體管、如η型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET，英文:metal-oxide semiconductor field effect transistor)被用于不同的應(yīng)用，其中特別是作為電源和變流器、電動汽車、空調(diào)以及還有立體聲設(shè)備中的開關(guān)。
[0003]在場效應(yīng)晶體管中，必須在柵極上相對于源極施加電壓，以便將晶體管保持在接通的狀態(tài)中。在橋電路(H橋或也稱為半橋)中應(yīng)用的情況下，在此在上面的(高側(cè))晶體管中必須特意地產(chǎn)生該電壓，例如借助充電栗(自舉電路(Bootstrap))和控制電子電路，或借助電分離的用于控制的自身的電源?？刂菩盘柕湫偷赝ㄟ^高壓固定的構(gòu)件、諸如光電耦合器被耦合輸入到用于上面的柵極電路的控制電子電路中。這樣的解決方案具有以下缺點，所述解決方案為了實現(xiàn)需要多個附加的構(gòu)件，這在多個方面、尤其是關(guān)于所述解決方案的成本和持久性或者還有較高的錯誤和失效易發(fā)性是不利的。
[0004]因此存在對改進的場效應(yīng)半導(dǎo)體器件以及場效應(yīng)半導(dǎo)體器件的改進的制造方法的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個實施方式提出一種功率場效應(yīng)晶體管，該功率場效應(yīng)晶體管包括襯底、溝道、柵電極和柵絕緣體。柵絕緣體至少部分地被布置在柵電極和溝道之間，并且包括以下材料，該材料關(guān)于其極化具有滯后現(xiàn)象，使得晶體管的通過施加在柵電極上的電壓所產(chǎn)生的開關(guān)狀態(tài)在切斷電壓之后繼續(xù)保持。
[0006]根據(jù)另一種實施方式提出一種半橋電路，其包括高側(cè)晶體管和低側(cè)晶體管，其中高側(cè)晶體管包括襯底、溝道、柵電極和柵絕緣體。在此，柵絕緣體至少部分地被布置在柵電極和溝道之間，并且包括以下材料，該材料關(guān)于其極化具有滯后現(xiàn)象，使得晶體管的通過施加在柵電極上的電壓所產(chǎn)生的開關(guān)狀態(tài)在切斷電壓之后繼續(xù)保持。
[0007]根據(jù)另一種實施方式提出一種用于制造場效應(yīng)晶體管的方法。該方法包括:提供襯底、制造P型體區(qū)域、制造柵絕緣體、施加?xùn)烹姌O和接觸P型體區(qū)域。在此柵絕緣體包括以下材料，該材料關(guān)于其極化具有滯后現(xiàn)象。
[0008]根據(jù)另一種實施方式提出一種用于控制功率晶體管的方法，該功率晶體管包括漂移區(qū)、溝道、柵電極和柵絕緣體，其中柵絕緣體至少部分地被布置在柵電極和溝道之間，并且包括以下材料，該材料關(guān)于其極化具有滯后現(xiàn)象，使得晶體管的通過施加在柵電極上的電壓所產(chǎn)生的開關(guān)狀態(tài)在切斷電壓之后繼續(xù)保持，該方法包括將電壓脈沖形式的電壓短時間地施加到柵電極上，以便產(chǎn)生功率半導(dǎo)體的持續(xù)的開關(guān)狀態(tài)，其中第一極性的第一電壓脈沖將功率半導(dǎo)體置于持續(xù)的、至少部分導(dǎo)通的狀態(tài)，并且具有與第一極性相反的極性的第二電壓脈沖部分地或完全地抵消該導(dǎo)通的程度，其中導(dǎo)通的程度和其降低優(yōu)選地可以通過第一和第二電壓脈沖的幅度來控制。
[0009]對于專業(yè)人員，在閱讀隨后的詳細的說明書和觀察附圖時，其他的特征和優(yōu)點變得清楚。
【附圖說明】
[0010]圖中的組件不必嚴(yán)格按照比例，其中更確切地說重點在于解釋本發(fā)明的基本思想。此外，在圖中，相同的參考數(shù)字表示相應(yīng)的部分。其中:
圖1示意性地示出鐵電物質(zhì)的極化的滯后現(xiàn)象；
圖2和3示出根據(jù)實施方式的場效應(yīng)半導(dǎo)體器件的垂直橫截面；
圖4和5示出根據(jù)實施方式的具有場效應(yīng)半導(dǎo)體器件的示意電路；以及圖6示出根據(jù)實施方式的制造方法的示意圖。
【具體實施方式】
[0011]在隨后的詳細的說明書中參考以下圖來進行解釋性的說明，所述圖是該文件的組成部分并且在所述圖中可以實際地實現(xiàn)特別的實施方式，在所述圖中可以實際地實現(xiàn)本發(fā)明。方向指示、如“上”、“下”、“前”、“后”、“前面的”、“后面的”等等參考圖的定向來使用。因為實施方式的構(gòu)件能夠以不同定向的列來定位，所以方向指示為了解釋的目的而被使用并且不以任何方式來限制。提示:可以使用其他的實施方式并且進行結(jié)構(gòu)或邏輯的變化，而不偏離本發(fā)明的范圍。因此，隨后的詳細的說明書不應(yīng)該以限制的意義來理解并且本發(fā)明的范圍通過權(quán)利要求來確定。在該上下文中，此外提示:只要不另作說明，在說明書、附圖和/或在權(quán)利要求中明確地僅關(guān)于裝置公開的特征或特征組合、例如材料或材料組合和/或區(qū)域的布置對于專業(yè)人員也一起公開所屬的制造方法的相應(yīng)的特征或特征組合。類似地，在說明書、附圖和/或在權(quán)利要求中明確地僅關(guān)于制造方法公開的特征或特征組合對于專業(yè)人員也公開所制造的裝置的相應(yīng)的特征或特征組合。
[0012]現(xiàn)在，詳細地探討不同的實施方式，由所述實施例來解釋圖中的一個或多個實例。每個實例為了解釋的目的被給出并且不作為本發(fā)明的限制來理解。例如作為一個確定的實施方式的部分來解釋或描述的特征可以在其他的實施方式中或結(jié)合其他的實施方式來使用，使得得出另外的實施方式。本發(fā)明應(yīng)該一起包含這樣的變化和變型。所述實例在使用特定的語言的情況下來描述，這不應(yīng)該解釋為對所附的權(quán)利要求的范圍的限制。附圖可以是不按比例的并且僅僅用于解釋性的目的。出于清楚的原因，只要不另作說明，不同的附圖中的相同的元件或制造步驟利用相同的附圖標(biāo)記來表示。
[0013]術(shù)語“水平的”應(yīng)該在本說明書的范圍內(nèi)表示以下方向，該方向基本上平行于半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體的第一或水平表面來延伸。這例如可以是晶片或芯片的表面。
[0014]在本說明書中以以下為出發(fā)點，即半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體的第二表面由下面的或背部的表面(背面)構(gòu)成，該表面典型地是平的并且平行于第一表面。
[0015]術(shù)語“垂直的”應(yīng)該在本說明書的范圍內(nèi)表示以下方向，該方向基本上與第一表面和/或第二表面成直角、即基本上平行于半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體的第一表面的法線方向和/或第二表面的法線方向。概念“之上”和“之下”關(guān)于垂直方向描述一種結(jié)構(gòu)特征相對于另一種結(jié)構(gòu)特征的相對布置。
[0016]在本專利文獻中，η型摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域被稱為第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)域，而P型摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域被稱為第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)域。替代于此，半導(dǎo)體器件可以利用相反的摻雜關(guān)系來構(gòu)造，使得第一傳導(dǎo)類型可以對應(yīng)于P型摻雜并且第二傳導(dǎo)類型可以對應(yīng)于η型摻雜。此外，在一些圖中通過以下方式說明相對的摻雜濃度，即提供摻雜類型或“ + ”。例如“η ”表示小于“η”摻雜區(qū)域的摻雜濃度的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)域具有比“η”摻雜區(qū)域更大的摻雜濃度。如果說明相對的摻雜濃度，然而并不意味著，具有相同的相對的摻雜濃度的摻雜區(qū)域必須具有相同的絕對的摻雜濃度，只要不另作說明的話。例如兩個不同的η+摻雜區(qū)域可以具有不同的絕對的摻雜濃度。相同的例如適用于η +摻雜區(qū)域和P+摻雜區(qū)域。
[0017]在本專利文獻中描述的特定的實施方式針對場效應(yīng)半導(dǎo)體器件、特別是場效應(yīng)半導(dǎo)體晶體管、如水平的和垂直的MOSFET和其制造方法，以及針對IGBT和其制造方法。
[0018]典型地涉及具有布置在上側(cè)上的源極金屬化部和絕緣的柵電極的垂直的功率M0SFET，該柵電極在上側(cè)的附近典型地被布置在半導(dǎo)體區(qū)之間的溝槽中，以及涉及漏極金屬化部，該漏極金屬化部被布置在相對布置的背面上。金屬化部典型地也提供相應(yīng)的端子，例如在接觸面區(qū)域中。垂直的半導(dǎo)體功率晶體管典型地在有效區(qū)域中包含多個單元、例如MOSFET單元，用于引導(dǎo)和/或控制負載電流。此外，從上面觀察，有效面能夠至少部分地由至少一個邊緣截止結(jié)構(gòu)來包圍。
[0019]在本說明書的上下文中，術(shù)語“金屬化部”應(yīng)該描述關(guān)于導(dǎo)電性具有金屬的或近似金屬的特性的區(qū)域或?qū)印＝饘倩靠梢耘c半導(dǎo)體區(qū)域接觸并且構(gòu)造半導(dǎo)體器件的電極、接觸面(焊盤)和/或端子。金屬化部可以由金屬、如AL、T1、W、Cu和Co構(gòu)成或包括這樣的金屬，但是也可以由具有關(guān)于導(dǎo)電性金屬的或近似金屬的特性的材料來制造，如由強η型或P型摻雜的多晶硅、TiN或?qū)щ姷墓杌铩⑷鏣aSi2、TiSi2, PtSi, CoSi2, WSi2S諸如此類的來制造。金屬化部也可以包含不同的導(dǎo)電物質(zhì)、例如所述物質(zhì)的堆。
[0020]術(shù)語“邊緣截止結(jié)構(gòu)”如在本專利文獻中所使用的那樣應(yīng)該描述一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)提供過渡區(qū)域，在該過渡區(qū)域中圍繞著半導(dǎo)體器件的有效區(qū)域的高電場逐級變化到器件的邊緣處的電位和/或參考電位、如地。邊緣截止結(jié)構(gòu)例如可以通過以下方式減小pn結(jié)附近的場強度，即邊緣截止結(jié)構(gòu)將電場線分布到截止區(qū)域上。