场效应半导体器件及其制造
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及具有电荷补偿结构的场效应半导体器件及其制造方法，特别是涉及在有源区域中具有电荷补偿结构的功率半导体器件。
【背景技术】
[0002]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，已被用于包含但是不限制到作为在功率供给和功率转换器、电动汽车、空调、和甚至立体音响系统中的开关的使用的各种应用。特别地关于能够开关大电流和/或在更高电压下操作的功率器件，经常期望低开态电阻Ron、高击穿电压Ubd、高鲁棒性和/或良好的柔性(softness)。
[0003]为了实现低开态电阻Ron和高击穿电压Ubd，开发了补偿半导体器件。补偿原理基于在垂直MOSFET的漂移区带中的η掺杂区和P掺杂区中电荷的相互补偿，所述η掺杂区和P掺杂区经常也被称为η掺杂柱区和P掺杂柱区。
[0004]典型地，由P型区和η型区形成的电荷补偿结构被布置在带有其源极、主体区和栅极区的实际MOSFET结构之下并且也在相关联的MOS沟道之下，所述相关联的MOS沟道在半导体器件的半导体体积中彼此相邻布置或以这样的方式彼此交织，使得在关态中其电荷能够相互耗尽并且在激活态或开态中导致从接近表面的源极电极到布置在背侧上的漏极电极的不间断的、低阻抗导电路径。
[0005]由于P型掺杂和η型掺杂的补偿，电流承载区的掺杂能够在补偿部件的情形下显著地增加，其导致开态电阻Ron的显著减少，尽管损失了电流承载面积。这样的半导体功率器件的开态电阻Ron的减少与在开态中由电流生成的热的减少相关联，从而这样的带有电荷补偿结构的半导体功率器件与传统半导体功率器件相比保持“凉爽”。
[0006]同时，功率半导体器件的开关损耗已经变得更重要。取决于器件操作，分别储存在分别在关态中和在反向偏置期间形成的空间电荷区中的输出电荷Qoss (或输出电容Cres)和开关损耗Effis主要地确定开关损耗。带有电荷补偿结构的半导体器件的储存的电荷Qffis可以相当高。这可以导致当储存的电荷Qffis的显著部分在跨过功率半导体器件的负载端子的高电压处被去除时显著的开关损耗Em。另外，必须去除输出电荷Qffis以能够阻断。这导致开关延迟。
[0007]为了实现高击穿电压Ubd，边缘终止结构可以在围绕具有有源MOSFET单元的有源区域的外围区域中使用。然而，外围区域要求芯片面积并且因而增加成本。进一步，边缘终止结构和外围区域分别可以基本上促成输出电荷Qffis和输出电容C m分别比如到总输出电容Cffis的多于10%。此外，当从上方看时，电荷补偿结构的交替的η掺杂柱区和P掺杂柱区典型地形成为延长条。因此，在交替的η掺杂柱区和P掺杂柱区的延长方向上布置在有源区域和横向器件边缘之间的外围区域的部分可以具有总输出电荷Qffis的相当高的份额。甚至进一步，在制造期间引入到外围区域中的电荷不平衡可以分别增加输出电荷Qffis和输出电谷Cqss。
[0008]因此，存在改进带有电荷补偿结构的半导体器件和那些半导体器件的制造的需要。
【发明内容】
[0009]依据场效应半导体器件的实施例，场效应半导体器件包含:半导体主体，所述半导体主体包含第一表面、在基本上与第一表面平行的方向将半导体主体定界的边缘、有源区域、和布置在有源区域与边缘之间的外围区域；源极金属化，所述源极金属化布置在第一表面上；和漏极金属化，所述漏极金属化与源极金属化相对。在外围区域中半导体主体包含低掺杂半导体区，所述低掺杂半导体区具有第一导电类型的掺杂剂的第一平均浓度。在基本上与第一表面正交的垂直横截面中，半导体主体进一步包含:第一导电类型的多个柱区，所述第一导电类型的多个柱区在有源区域中与第二导电类型的柱区交替；和布置在外围区域中的至少一个辅助柱区。第一导电类型的柱区与漏极金属化欧姆接触。第二导电类型的柱区与源极金属化欧姆接触。至少一个辅助柱区包含第一导电类型的掺杂剂和第二导电类型的掺杂剂。至少一个辅助柱区的第一导电类型的掺杂剂的平均浓度大于第一平均浓度。
[0010]依据功率半导体器件的实施例，功率半导体器件包含具有第一表面的半导体主体。半导体主体包含有源区域，所述有源区域包含η型半导体区和P型半导体区。η型半导体区在基本上平行于第一表面的方向与P型半导体区交替。半导体主体包含围绕有源区域的外围区域。外围区域包含:低掺杂半导体区，所述低掺杂半导体区具有低于η型半导体区的η掺杂剂的掺杂浓度的η掺杂剂的第一浓度；和至少一个辅助半导体区，所述至少一个辅助半导体区具有高于第一浓度的η掺杂剂的浓度和高于第一浓度的P掺杂剂的浓度。
[0011]依据用于制造半导体器件的方法的实施例，方法包含:提供晶片，所述晶片具有上侧并且包含具有η掺杂剂的第一浓度的半导体层；在上侧上形成第一掩模，第一掩模在基本上与上侧正交的横截面中在半导体器件的有源区域中具有第一开口并且在半导体器件的外围区域中具有至少一个第二开口，第一开口在半导体层中定义第一区带并且至少一个第二开口在半导体层中定义第二区带；将第一最大能量的施主离子经过第一掩模注入到第一区带和第二区带中；用第二掩模代替第一掩模，所述第二掩模在横截面中在半导体器件的有源区域中具有第三开口并且在半导体器件的外围区域中具有至少一个第四开口，至少一个第四开口在半导体层中定义与第二区带至少部分交叠的第四区带，第三开口在半导体层中定义第三区带；并且将第二最大能量的受主离子经过第二掩模注入到第三区带和第四区带中。
[0012]本领域的技术人员通过阅读下面详细的描述并且通过查看附图将意识到额外的特征和优点。
【附图说明】
[0013]附图中的部件不必成比例，而将重点放在图解本发明的原理上。而且在附图中相同的参考数字指示对应的部分。在附图中:
图1图解了依据实施例的经过半导体器件的半导体主体的垂直横截面；
图2图解了依据实施例的经过图1中图解的半导体器件的垂直横截面的片段；
图3图解了依据实施例的经过图1中图解的半导体器件的半导体主体的水平横截面； 图4图解了依据实施例的经过半导体器件的半导体主体的水平横截面；
图5图解了依据实施例的经过半导体器件的半导体主体的水平横截面；
图6图解了依据实施例的经过半导体器件的半导体主体的水平横截面；
图7图解了依据实施例的经过半导体器件的半导体主体的水平横截面；
图8图解了依据实施例的经过半导体器件的半导体主体的垂直横截面；
图9到11图解了在依据实施例的方法的方法步骤期间经过半导体器件的垂直横截面；
图12图解了在依据实施例的方法的方法步骤期间经过半导体主体的水平横截面；
图13图解了在依据实施例的方法的方法步骤期间经过半导体主体的水平横截面；
图14图解了在依据实施例的方法的方法步骤期间经过半导体主体的水平横截面；
图15图解了在依据实施例的方法的方法步骤期间经过半导体主体的水平横截面；
图16图解了在依据实施例的方法的方法步骤期间经过半导体主体的水平横截面；并且图17图解了在依据实施例的方法的方法步骤期间经过半导体主体的水平横截面。
【具体实施方式】
[0014]在下面详细的描述中，对附图进行参考，附图形成其一部分并且在附图中通过图解的方式示出在其中可以实践本发明的特定实施例。在这点上，诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等方向性的术语参考正被描述的(一个或多个)附图的定向而被使用。因为实施例的部件能够被定位在多个不同的定向上，方向的术语被用于图解的目的并且绝不是限制的。要理解的是可以采用其它实施例并且可以进行结构或逻辑改变而没有脱离本发明的范围。下面详细的描述因此不要以限制的意思理解，并且本发明的范围由所附权利要求定义。
[0015]现在对各种实施例进行详细参考，其一个或多个示例在附图中图解。每个示例通过解释的方式被提供，并且不意在作为本发明的限制。比如，图解或描述为一个实施例的部分的特征能够被使用在其它实施例上或连同其它实施例一起使用以产生又一步实施例。意图是本发明包含这样的修改和变动。示例使用特定的语言被描述，其不应该被理解为限制所附权利要求的范围。绘图不成比例并且只出于图解的目的。为了清楚，相同的元件或制造步骤在不同的绘图中已通过相同的参考符号被指示，如果没有另外陈述。
[0016]如在本说明书中使用的术语“水平的”意图描述与半导体衬底或主体的第一表面或主水平表面基本上平行的定向。这能够比如是晶片或管芯的表面。
[0017]如在本说明书中使用的术语“垂直的”意图描述基本上与第一表面垂直即与半导体衬底或主体的第一表面法线方向平行布置的定向。同样地，如在本说明书中使用的术语“水平的”意图描述与第一表面基本上平行布置的定向。
[0018]在该说明书中，半导体衬底或半导体主体的第二表面被看成由下表面或背侧表面形成而第一表面被看成由半导体衬底的上表面、前表面或主表面形成。如在该说明书中使用的术语“在...上方”和“在...之下”因此在考虑到该定向的情形下描述结构特征对另一个结构特征的相对位置。
[0019]在该说明书中，η掺杂被称为第一导电类型而P掺杂被称为第二导电类型。替选地，半导体器件能够用相对的掺杂关系而被形成，从而第一导电类型能够是P掺杂并且第二导电类型能够是η掺杂。此外，一些附图通过相邻于掺杂类型指示或“ + ”图解相对掺杂浓度。比如“η_”表示小于“η”掺杂区的掺杂浓度的掺杂浓度而“η+”掺杂区具有比“η”掺杂区更大的掺杂浓度。然而，指示相对掺杂浓度不表示相同的相对掺杂浓度的掺杂区必须具有相同的绝对掺杂浓度，除非另外陈述。比如，两个不同的η+掺杂区能够具有不同的绝对掺杂浓度。同样适用于比如η+掺杂区和P +掺杂区。
[0020]在该说明书中描述的特定实施例关于而没有限制到场效应半导体器件特别是场效应补偿半导体器件及其制造方法。在该说明书内术语“半导体器件”和“半导体部件”被同义地使用。场效应半导体器件典型地是诸如垂直MOSFET的垂直半导体器件，所述垂直MOSFET带有布置在第一表面上的源极金属化和绝缘栅极电极以及布置在与第一表面相对布置的第二表面上的漏极金属化。典型地，场效应半导体器件是具有带有用于承载和/或控制负载电流的多个MOSFET单元的有源区域的功率半导体器件。此外，功率半导体器件典型地具有带有至少一个边缘终止结构的外围区域，所述带有至少一个边缘终止结构的外围区域当从上方看时至少部分地围绕有源区域。
[0021]如在该说明书中使用的术语“功率半导体器件”意图描述在单个芯片上的带有高电压和/或高电流开关能力的半导体器件。换句话说，功率半导体器件意图用于高电流(典型地在安培范围内)和/或多于大约1V或甚至多于大约100V或大约500V的电压。在该说明书内术语“功率半导体器件”和“功率半导体部件”被同义地使用。
[0022]如在该说明书中使用的术语“