[发明专利]具有改进的动态特性的半导体元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件，例如，尤其是一种晶体管，诸如沟槽 晶体管。

背景技术

沟槽晶体管具有栅电极，所述栅电极布置在半导体本体的至少一个 沟槽中、且用作控制在体区内布置的与体区互补掺杂的源区和与体区互 补掺杂的漂移区之间的导电沟道。漂移区布置在源区和漏区之间，其中 漂移区的掺杂和尺寸决定性地确定了元件的介电强度。

为了增加介电强度，可以在栅电极的沟槽中提供场电极，所述场电 极布置成邻近漂移区且处于栅极电位。当元件被关断时，所述场电极用 作对存在于漂移区内的部分掺杂剂电荷的补偿。在已知的元件中，存在 着多个具有布置于其中的栅电极部分(gate electrode section)和场电极 部分(field electrode section)的沟槽，且所述多个沟槽布置在距漏区一 定距离处。在此情况下，在沟槽和漏区之间的距离在预计中为两相邻沟 槽之间相互距离的大约一半。

在所谓的“密集沟槽”(dense trench)晶体管中，栅电极部分和场 电极部分非常接近地间隔开，使得在静态操作期间当施加反向电压时在 漂移区中的沟槽底端处出现场强最大值，从而使得当超过了介电强度极 限时在此区域中发生雪崩击穿。此类型的晶体管也被称为“密集沟槽” 晶体管。

沟槽晶体管的另一例子在DE 10 2004 052 678 B3中说明。

在此类型的元件中，可以在两种击穿方式间进行区分：上面阐明的 静态击穿，其中在击穿之后仅流过具有低电流密度的电流，且其在下文 中被称为具有低电流密度的击穿；和具有高电流密度的击穿，其中在布 置于沟槽之间的漂移区部分中迅速地建立(establish)高电流密度。在 这种具有高电流密度的击穿的情况下，在密集沟槽晶体管中，场强最大 值可能不再出现在沟槽的底端处，而是出现在介于体区和漂移区之间的 PN结处。这是不利的，因为流经元件的整个雪崩电流集中在介于两个 沟槽之间的所谓台面区域(mesa region)上，在所述台面区域中雪崩击 穿首先开始。这可以导致对元件的局部损坏，从而元件变为不能用的。 相反，在发生于漂移区中在沟槽下方的雪崩击穿期间，雪崩电流分布在 多个台面区域之间，这减少了破坏的风险。

发明内容

根据一个例子的半导体元件包括：具有第一侧和第二侧的半导体本 体；漂移区、与漂移区的掺杂互补且在第一侧的方向上邻近漂移区的第 一半导体区、和与漂移区相同导电类型且在第二侧的方向上邻近漂移区 的第二半导体区；至少两个沟槽，其布置在半导体本体中且在垂直方向 上从第一侧起始延伸进入漂移区的半导体本体中并进入漂移区中，且其 在半导体本体的横向上布置为相互隔开一定距离；和场电极，其布置在 邻近漂移区的至少两个沟槽中。该至少两个沟槽布置在垂直方向上距第 二半导体区一定距离处，其中在沟槽和第二半导体区之间的距离大于沟 槽间相互距离的1.5倍，且其中在沟槽之间的部分内的漂移区的最小掺 杂浓度与在沟槽与第二半导体区之间的部分内的漂移区的掺杂浓度相 差至多35％。

在此元件中，在沟槽和第二半导体区之间的距离使得在具有高电流 密度的雪崩击穿期间出现的空间电荷区能够在起始于沟槽的第二半导 体区的方向上进一步扩展。这导致布置在沟槽之间的台面(mesa)区域 中的场强减少，从而使得在台面区域内的击穿电压(voltage breakdown) 只在与在沟槽与第二半导体区之间具有较小距离的元件相比的较高反 向电压处开始。尤其是，避免了元件的击穿特性曲线或电流-电压特性 曲线的负微分廓线(profile)或折回(snapback)状态。当如果发生击穿时， 特性曲线的这种负微分廓线存在，存在于元件处的每个电压和流经元件 的电流一开始就增加，但在已经达到电流阈值之后，随着电流进一步增 加，电压重新减少。这被称为特征曲线廓线的“折回”，是应该避免的。

在另一例子中，至少两个沟槽在垂直方向上布置在距漏区一定距离 处，且沟槽与第二半导体区之间的距离、和沟槽与第二半导体区之间部 分内的漂移区的掺杂浓度是相互配合(coordinate)的，使得在沟槽和第 二半导体区之间这部分内半导体本体的垂直方向上的漂移区的掺杂剂 电荷整体(integral)大于或等于漂移区的半导体材料的击穿电荷的1.5 倍。

附图说明