[发明专利]功率半导体器件

说明书

一种具有功率半导体晶体管配置的功率半导体器件包括：半导体本体，其具有耦合到第一负载端子结构的前侧、耦合到第二负载端子结构的背侧和横向芯片边缘；有源区，其被配置用于在功率半导体器件的导通状态下在第一负载端子结构和第二负载端子结构之间传导负载电流；以及边缘终止区，其将有源区与横向芯片边缘分开。在前侧处，边缘终止区包括保护区，其不包括任何金属结构，除非金属结构被多晶硅层从下方电屏蔽，所述多晶硅层比金属结构更朝向横向芯片边缘延伸至少20μm的横向距离。在功率半导体器件的阻断状态下，保护区被配置为容纳在从有源区朝向横向芯片边缘的横向方向上的半导体本体内部的阻断电压的至少90%的电压变化。

技术领域

本说明书涉及功率半导体器件的实施例。特别地，本说明书涉及具有至少布置在边缘终止区的一部分中的硬钝化层的功率半导体器件的实施例。

背景技术

汽车、消费者和工业应用中的现代设备的许多功能（诸如转换电能和驱动电动机或电机）依赖于功率半导体器件。例如，绝缘栅双极晶体管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和二极管（仅举几例）已经用于各种应用，包括但不限于电源和功率转换器中的开关，例如，在牵引应用中。

功率半导体器件通常包括半导体本体，该半导体本体被配置用于沿着器件的两个负载端子之间的负载电流路径传导负载电流。此外，在功率半导体器件具有晶体管配置的情况下，负载电流路径可以借助于通常被称为栅电极的绝缘电极来控制。例如，在从例如驱动器单元接收相应的控制信号时，控制电极可以将功率半导体器件设置在导通状态和阻断状态之一。

此外，为了传导负载电流，功率半导体器件可以包括一个或多个功率单元，其可以布置在功率半导体器件的所谓的有源区中。功率半导体器件可以由边缘横向地（laterally）限制。在横向边缘和包括一个或多个功率单元的有源区之间，可以布置边缘终止区，其可以包括边缘终止结构。这种边缘终止结构可以用于影响半导体本体内的电场的进程（course）的目的，例如以便确保功率半导体器件的可靠阻断能力。边缘终止结构可以包括布置在半导体本体内的一个或多个部件、还有布置在半导体本体的表面上方的一个或多个部件。

这种边缘终止概念的常见示例是p掺杂多晶硅场环与场板的组合，其中场板可以被配置用于提供外部电荷的有效掩蔽。例如，场板可以包括诸如铝的金属。或者，这种场板可以由多晶硅形成，例如以便使边缘终止结构在暴露于湿度和电场时不易受腐蚀。例如，在将p掺杂场环与n掺杂多晶硅场板组合的边缘终止结构中，仍然可以存在金属层以提供场板与场环之间的电接触，从而减少电场对金属层的外边缘的影响。

通常，在边缘终止区中提供一个或多个钝化层，诸如硬钝化层，包括氧化物和氮化物。例如，这种钝化层可以布置在边缘终止结构上方，以便从电和化学污染物（诸如离子）保护包括边缘终止结构的半导体表面。

通常期望提供即使在例如牵引应用中遇到的苛刻环境条件下也是可靠的边缘终止和钝化概念。为此，可能期望使边缘终止结构在湿度和电场的组合影响下不易受到腐蚀。在这种条件下的器件性能通常通过强加速可靠性测试（诸如HV-H3TRB或H₂S）来测试。

发明内容

根据一个实施例，功率半导体器件具有功率半导体晶体管配置，并且包括：半导体本体，其具有耦合到第一负载端子结构的前侧、耦合到第二负载端子结构的背侧以及横向芯片边缘；有源区，被配置用于在功率半导体器件的导通状态下在第一负载端子结构和第二负载端子结构之间传导负载电流；以及边缘终止区，其将有源区与横向芯片边缘分开。在前侧处，边缘终止区包括保护区，其不包括任何金属结构，除非金属结构被多晶硅层从下方电屏蔽，所述多晶硅层比金属结构更朝向横向芯片边缘延伸至少20μm的横向距离。在功率半导体器件的阻断状态下，保护区被配置为容纳在从有源区朝向横向芯片边缘的横向方向上的半导体本体内部的阻断电压的至少90%的电压变化。