[实用新型]半导体器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体器件,尤其涉及一种超结器件。 

背景技术

通过垂直延伸到半导体本体中的n和p区的补偿，超结晶体管减少比导通状态电阻。出于解释性目的，图1示出了一个典型的超结晶体管。 

如图1所示，所述器件具有半导体本体，其具有补偿区，该补偿区包括p区（p列）130和n区（n列）134。所述补偿区连接至MOS晶体管单元，其包括源极118，本体区138和控制栅极114。绝缘结构140将所述栅极114与所述本体区138，所述源极118，所述n区（n列）134以及金属化层110电隔离。所述绝缘结构140的一部分可用作栅极绝缘层。晶体管的漏极128连接至高掺杂的衬底124。缓冲层126位于所述衬底和所述补偿区之间。源极接触通过所述金属化层110电连接。漏极接触构建在器件的背侧并且被超结器件的金属化部128覆盖。 

所述单元的节距p典型的值为在10μm和20μm之间，Wp和Wn在大致2μm和8μm之间。在超结晶体管中，Wp和Wn可以具有相同或者不同的值。一条重要原则是，对于具有特定的每100V阻断电压的超结晶体管，大致需要10μm（+30%/-30%）的硅。对于具有600V额定阻断电压的超结晶体管，所述p列和n列的典型深度为大致30…80 μm。 

补偿装置，在超结晶体管阻断操作期间， n列中带正电荷的施主离子在p列中具有它们的带负电荷的受主离子中的镜像电荷。因此，在每个与所述超结晶体管的上表面平行的平面中，净电荷必须比两个单独电荷的绝对值小得多。与传统的功率晶体管不同，当构建阻断电压时，超结晶体管中的空间电荷区不但垂直地从本体区延伸进入漂移区而且横向地从n列和p列中间的垂直pn结延伸。 

当从两个相邻的n列开始的p列中的空间电荷区在p列的中心相遇（参见图1中的线“A”），即，Wp，且—大约在同时—来自相邻的p列的n列中的空间电荷区在n列的中心相遇（参见图1中的线“B”）, 即，Wn，其对超结晶体管的动态特性具有很大的影响。所述超结晶体管的大部分有源半导体容体被几乎突然变为（render）电绝缘半导体材料。仅缓冲区的相邻部分保持导电并且它们的掺杂电荷被逐渐提取以使得缓冲区变为绝缘体。 

该特性对于超结晶体管的低耗关断是有益的。 

然而，对于超结晶体管的体二极管的动态特性而言，其具有灾难性影响。 

在体二极管的正向操作期间，在本体（在此情况下为二极管的阳极发射极）和漏极（在此情况下为二极管的阴极发射极）之间的半导体容体被注满电子和空穴，其浓度比该半导体容体中的掺杂浓度高得多。当二极管由正向操作转到阻断操作时，该多余电荷必须被移除来使得二极管构建阻断电压。电荷的去除通过全部的pn结区域来完成，在该区域中，相应的p和n区分别具有对阳极（=本体）和阴极（=漏极）的阻性（欧姆行为）接触。在超结晶体管的情况中,所有p列和n列被导电连接至相对应的发射极，通过沿着所述列的折叠pn结生成空间电荷区来导致一个很高的提取率，从而产生非常高的反向恢复电流。 

所述超结器件端子两端的阻断电压保持为低直到所述p列和n列中的空间电荷区相遇。一条重要原则是，对于阻断100V，需要硅中10μm的空间电荷区。因此，对于例如，具有600V额定阻断电压的典型超结晶体管，所显现的空间电荷区可以在大约为40…100V(该电压比例如600V的阻断器件的大约400V范围内的典型操作电压低很多)时在所述列区域中相遇。在该示例中，p列和n列的深度可以在30μm 和 80μm之间，在此假定为40μm。 

然而，当在p列和n列间的空间电荷区相遇时，会立即出现为例如大约40μm宽的空间电荷区,其足够阻断典型的操作电压。 

因此，所述超结晶体管终端处的阻断电压会急速升高并且所述原本很高的反向恢复电流会以急速过渡几乎下降到零。 

这些急速过渡会对电路其它部分造成干扰并且可能导致其它电子装置的扰动，导致电路振荡和/或失灵，且最坏的情况是导致电路毁坏。 

提高体二极管整流换向的关键是减小峰值反向恢复电流。这可以通过在p列和n列的区域中引入寿命限制实现，其使得所述漂移区中存储较少的过剩电荷。在通过寿命限制产生的复合中心处，电子和空穴将复合，体二极管正向操作期间的过剩电荷浓度减小，因此反向恢复电流降低。寿命限制可以通过如下方式来进行：