CN109309087B - 具有在场电极和源极电极之间的整流器元件的晶体管器件 - Google Patents

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Abstract

公开的是一种晶体管器件。该晶体管器件包括：在半导体主体中，漂移区、邻接该漂移区的主体区、以及通过主体区与漂移区分开的源极区；通过栅极电介质与主体区介电绝缘的栅极电极；电气连接至源极区的源极电极；通过场电极电介质与漂移区介电绝缘的至少一个场电极；以及耦合在源极电极和场电极之间的整流器元件。该场电极和场电极电介质被布置在从半导体主体的第一表面延伸至半导体主体中的第一沟槽中，以及该整流器元件被集成在第一沟槽中在邻近源极区和主体区中的至少一个的整流器区中。

Description

具有在场电极和源极电极之间的整流器元件的晶体管器件
技术领域
该公开内容一般地涉及晶体管器件，特别地涉及具有场电极的晶体管器件。
背景技术
诸如MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）之类的晶体管器件被广泛用作各种类型的汽车、工业、家庭或消费类电子应用中的电子开关。被用作电子开关的晶体管器件常常被称为功率晶体管器件并且可获得在几十伏特和几千伏特之间的电压阻断能力。功率晶体管器件的设计中的一个目的是以给定的电压阻断能力和给定的晶体管器件区域来实现低导通电阻。“导通电阻”是在晶体管器件的接通状态下的电阻，“电压阻断能力”是晶体管器件在关断状态（断开状态）下可以经受的电压电平，并且“区域”是半导体主体的在其中集成晶体管器件的区域。
在MOSFET中，导通电阻主要由漂移区的长度和掺杂浓度来限定，其中长度是在电流流动方向上的漂移区的尺寸。从根本上来说，除非采取附加的措施，否则在漂移区的给定长度处，掺杂浓度的增加导致导通电阻的降低，而且还导致电压阻断能力的降低。一种用来在不降低电压阻断能力的情况下增加掺杂浓度的方式是实施至少一个场电极，其邻近漂移区、通过场电极电介质与漂移区介电绝缘并且连接至源极节点和栅极节点中的一个。处于断开状态的该至少一个场电极向漂移区中的电离掺杂剂原子提供反电荷，并且因此“补偿”漂移区中的全部掺杂剂电荷中的某一份额。
该至少一个场电极连同场电极电介质和漂移区一起形成在晶体管器件的漏极节点和源极节点之间的电容器。当晶体管器件关断时对该电容器充电，并且当晶体管器件接通时对该电容器放电。对该电容器充电可能引起漏极节点和源极节点之间的电压尖峰。这些电压尖峰，其可能比电压阻断能力更高，是不期望的。因此需要提供具有场电极的晶体管器件，在其中不出现或至少减少由于对由场电极、场电极电介质和漂移区形成的电容器充电而引起的电压尖峰。
发明内容
一个示例涉及一种晶体管器件。该晶体管器件包括在半导体主体中的漂移区、邻接该漂移区的主体区、以及通过主体区而与漂移区分开的源极区。该晶体管器件进一步包括：通过栅极电介质与主体区介电绝缘的栅极电极、电气连接至源极区的源极电极、通过场电极电介质与漂移区介电绝缘的至少一个场电极、以及耦合在源极电极和场电极之间的整流器元件。该场电极和场电极电介质被布置在从半导体主体的第一表面延伸至半导体主体中的第一沟槽中。该整流器元件被集成在第一沟槽中在邻近源极区和主体区中的至少一个的整流器区中。
附图说明
下面参考绘图来解释示例。该绘图用于说明某些原理，以使得仅图示对于理解这些原理所必需的方面。绘图不按比例。在绘图中，相同的参考字符表示相似的特征。
图1示出晶体管器件的垂直横截面视图，该晶体管器件具有漂移区、邻近漂移区的场电极以及耦合在场电极和源极电极之间且集成在邻近主体区和源极区的整流器区中的整流器元件；
图2示出图1中示出的晶体管器件的修改；
图3示出图1和图2中示出的晶体管器件的电路图；
图4示出包括多个图1中示出的类型的器件结构的晶体管器件的垂直横截面视图；
图5示出图4中示出的类型的晶体管器件的一个示例的水平横截面视图；
图6示出图4中示出的类型的晶体管器件的另一示例的水平横截面视图；
图7图示可以如何将源极电极连接至主体区的一个示例；
图8图示可以如何将源极电极连接至主体区的另一示例；
图9图示被实施为二者都被集成在整流器区中的双极型二极管和电阻器的整流器元件的一个示例；
图10图示被实施为二者都被集成在整流器区中的肖特基二极管和电阻器的整流器元件的一个示例；
图11图示被实施为二者都被集成在整流器区中的双极型二极管和电阻器的整流器元件的另一示例；
图12示出图11中示出的类型的晶体管器件的一个示例的整流器区的水平横截面视图；
图13A至13F图示用于在沟槽中形成邻近场电极的整流器元件和电阻器的方法的一个示例；以及
图14A和14B图示在图13A至13F中示出的方法的修改。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考附图。绘图形成该描述的一部分并且为了说明的目的示出可以如何使用和实施本发明的示例。要理解的是，本文中描述的各种实施例的特征可以彼此组合，除非另外明确地指出。
图1图示根据一个示例的晶体管器件1的垂直横截面视图。该晶体管器件1包括具有第一表面101的半导体主体100，以及在该半导体主体100中的漂移区11、源极区13和主体区12，该主体区12被布置在源极区13和漂移区11之间。该半导体主体100包括单晶硅半导体材料，诸如例如硅（Si）或碳化硅（SiC）。图1示出半导体主体100的垂直横截面视图，即在垂直于第一表面101的截面平面中的视图。
邻近主体区12布置栅极电极21，并且通过栅极电介质22使该栅极电极21与主体区12介电绝缘。该源极区13和主体区12电气连接至布置在第一表面101的顶部上的源极电极41。在图1中仅示意性地图示主体区12和源极电极41之间的电气连接。源极电极42形成源极端子S或者电气连接至晶体管器件1的源极端子S。在图1中示出的示例中，源极电极41被绘制成在邻接第一表面的任何区段中邻接源极区13。然而，这仅是一个示例。根据另一示例，电介质层可以布置在源极电极41和源极区13之间，并且源极电极41可以包括通过电介质层延伸至源极区的至少一个通路或接触插头。在下面进一步在这里参考图11来解释这样的实施方式的一个示例。
在图1中示出的示例中，栅极电极21被实施为沟槽电极，其是布置在从第一表面101延伸到半导体主体100中的沟槽中的电极。然而，这仅是一个示例。根据另一示例（未被示出），漂移区11的一个区段延伸至第一表面101，并且栅极电极是布置在半导体主体的表面101的顶部上并且邻近主体区和漂移区的延伸至第一表面的该区段的平面栅极电极。在每种情况下，该栅极电极用来控制主体区12中的、沿着在源极区13和漂移区11之间的栅极电介质22的导电沟道。
参考图1，该晶体管器件进一步包括连接至漏极端子D的漏极区14（在图1中仅示意性地图示）。该漂移区11布置在漏极区14和主体区12之间。如图1中示出的，该漏极区14可以邻接漂移区11。根据另外的实施例（未被示出），在漂移区11和漏极区14之间布置场停止区（未被图示），其具有与漂移区11相同的掺杂类型但比漂移区11更高掺杂。
该晶体管器件1进一步包括具有场电极31和场电极电介质32的场电极结构3。该场电极31邻近漂移区11并且通过场电极电介质32与漂移区11介电绝缘。如在图1中图示的，该场电极31电气耦合至源极电极41。备选地（并且在图1中未被示出），该场电极31电气耦合至栅极电极21。该场电极31和场电极电介质32布置在从第一表面101延伸至半导体主体100中的第一沟槽中。在图1中示出的示例中，具有场电极31和场电极电介质32的第一沟槽不同于具有栅极电极21和栅极电介质22的沟槽（在下文中其被称为第二沟槽）。
参考图1，整流器元件5连接在源极电极41和场电极31之间。在图1中，仅示出整流器元件5的电路符号，其中仅仅为了说明的目的而将整流器元件5绘制为双极型二极管。下面进一步在这里解释可以如何实施整流器元件5的示例。该整流器元件被集成在第一沟槽中在场电极31和源极电极41之间的区110中。该区110在下文中被称为整流器区。该整流器区110邻近源极区13和主体区12中的至少一个，其中在图1中示出的示例中，该整流器区邻近源极区13和主体区二者。“邻近”包括整流器区在半导体主体100的横向方向上邻近源极区13和主体区12中的至少一个。“横向方向”是平行于第一表面101且垂直于在其上主体区12和漏极区14彼此间隔开的方向的方向。在其上主体区12和漏极区14彼此间隔开的方向在下文中被称为垂直方向z。
该主体区12和漂移区11是互补掺杂类型的掺杂半导体区，以使得在主体区12和漂移区11之间形成p-n结。在图1中示出的示例中，该p-n结处在半导体主体100的垂直位置z1处并且基本上平行于半导体主体100的第一表面101。根据一个示例，如在图1中示出的，该整流器区110在垂直方向z上没有延伸超过p-n结的垂直位置z1，以使得整流器区110不邻近漂移区11。换言之，在该示例中该整流器区110和漂移区11不重叠。
图2示出图1中示出的晶体管器件的修改。在该示例中，该整流器区110在垂直方向上延伸超过p-n结的位置，以使得整流器区110的一个区段邻近漂移区11并且整流器区110和漂移区11的确重叠。根据一个示例，该p-n结与第一表面101间隔开第一距离d1，并且如从第一表面看，该整流器区没有延伸超过第一垂直位置远于第一距离的50%。也就是说，整流器区110和漂移区重叠的区域的垂直长度d2小于第一表面101和p-n结之间的距离的50%。
参考图1和图2，可选电阻元件6连接在场电极31与源极电极41和栅极电极21之一之间。在图1和2中，仅使用电路符号来示意性地图示电阻元件6（比如整流器元件5）。下面在这里进一步详细地解释可以如何实施电阻元件6的示例。根据一个示例，将电阻元件6连同整流器元件一起集成在整流器区110中。
该晶体管器件可以被实施为n型晶体管器件或p型晶体管器件。在n型晶体管器件中，源极区13和漂移区11是n掺杂的，而主体区12是p掺杂的。在p型晶体管器件中，源极区13和漂移区11是p掺杂的，而主体区12是n掺杂的。该晶体管器件1可以被实施为增强（常关型）晶体管器件或耗尽（常开型）晶体管器件。在常关型器件中，主体区12邻接栅极电介质22。在常开型器件中，与源极区13和漂移区11相同掺杂类型的沟道区15（在图1至3中以虚线图示）在栅极电介质22和主体区12之间从源极区13延伸至漂移区11。根据一个示例，该晶体管器件被实施为MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。在MOSFET中，漏极区14具有与漂移区11相同的掺杂类型。漂移区11的掺杂浓度例如是从1E11 cm-3与1E17 cm-3之间选择的，源极区13和漏极区14的掺杂浓度例如是从1E18 cm-3与1E21 cm-3之间选择的，并且主体区12的掺杂浓度例如是从1E15 cm-3与1E18 cm-3之间选择的。
下面解释上面解释的类型的晶体管器件的操作原理。为了解释的目的，假设晶体管器件1是n型增强MOSFET。在图3中图示该n型增强MOSFET的电路符号。参考图3，进一步假设晶体管器件1被用作用于切换与晶体管器件1的负载路径（漏极-源极路径）D-S串联连接的电气负载Z的电子开关。在操作中，将具有晶体管器件1和负载Z的串联电路连接在用于正供应电位V+与负供应电位或接地电位GND的端子之间。
该晶体管器件是电压控制的晶体管器件并且可以通过在栅极节点G和源极节点S之间施加适当的驱动电压（栅极-源极电压）VGS来接通和关断。当驱动电压VGS为正且高于阈值电压时，n型MOSFET接通，并且当驱动电压VGS低于阈值电压时，n型MOSFET关断。当晶体管器件被接通时，晶体管器件1的负载路径电压（漏极-源极电压）VDS相对低，以使得供应节点之间可用的供应电压中的大部分跨负载Z下降。然而，当晶体管器件1被关断且阻断时，供应电压基本上跨晶体管器件1的漏极-源极路径D-S下降。
当晶体管器件1接通时，在主体区12中沿着在源极区13和漂移区11之间的栅极电介质22存在导电沟道，以使得当在这些端子D、S之间施加电压时电流可以在漏极和源极端子D-S之间流动。当在漏极和源极端子D、S之间施加使主体区12和漂移区11之间的p-n结反向偏置的电压时并且当晶体管器件被关断时，耗尽区（空间电荷区）在漂移区11中以p-n结开始扩展。耗尽区的宽度（其是耗尽区在垂直于p-n结的方向上的尺寸）依赖于使p-n结反向偏置的电压，在这种情况下耗尽区的宽度随着反向偏置电压的增加而增加。在耗尽区内，在漂移区11中存在电离的掺杂剂原子。当漂移区11是n掺杂时这些电离的掺杂剂原子具有正电荷（并且当漂移区11是p掺杂时这些电离的掺杂剂原子具有负电荷）。对应于漂移区11中的正电荷的负电荷位于主体区12中。归因于场电极31电气耦合至源极端子S（或栅极端子G）的事实，并且归因于当器件处于断开状态时源极端子S（或栅极端子G）处的电位低于漂移区11中的电位的事实，由场电极31提供负电荷。因此，漂移区11中的每个电离掺杂剂原子具有在主体区12或场电极31中的对应的反电荷，其中由场电极31提供的反电荷使得有可能实施具有比没有场电极的晶体管器件更高的掺杂浓度的晶体管器件，由此在不降低电压阻断能力的情况下降低导通电阻。
然而，场电极结构会增加晶体管器件的漏极-源极电容CDS，其是在晶体管器件的漏极节点D和源极节点S之间有效的电容。该漏极-源极电容CDS由图3中示出的电路图中的电容器来表示。为了能够提供上面提到的反电荷，当晶体管器件关断时需要对场电极31充电，而当晶体管器件接通时需要使场电极31放电。对场电极31充电等同于对图3中示出的漏极-源极电容CDS充电，并且使场电极31放电等同于使漏极-源极电容CDS放电。
在晶体管器件中，整流器元件5和电阻元件6（其电路符号也在图3中示出）连接在源极节点S和场电极结构3（其由图3中的漏极-源极电容CDS来表示）之间，以使得电阻元件6支配（govern）对场电极结构3充电，并且整流器元件5支配使场电极结构3放电。也就是说，整流器元件5连接在源极节点S和场电极结构3之间，以使得当对场电极结构3充电时整流器元件5被反向偏置且阻断，使得充电电流流动通过电阻元件6。对电容器CDS充电与流动到电容器CDS上的电流ICDS相关联。刚好在晶体管器件关断之后，该电流可以从零迅速增加至最大电流电平，并且当对场电极结构3（漏极-源极电容CDS）充电时，该电流可以缓慢减小。基本上由供应电压VSUP给定最大电流电平ICDS_MAX，其是供应节点之间的电压除以电阻器的电阻R6：
（1）
当晶体管器件关断时，充电电流ICDS的最大电流电平ICDS_MAX越高，充电电流的改变（增加）dICDS/dt越大。充电电流ICDS的迅速改变可以引起电压尖峰，其由晶体管器件的漏极节点D和源极节点S之间的电压的寄生电感（未在绘图中示出）引起。根据一个示例，因此将电阻元件6设计成具有某一电阻，所述电阻在给定的供应电压VSUP下将最大电流电平ICDS_MAX限制到预定义阈值以下，以便限制充电电流的改变，使得电压尖峰减小。进一步地，该电阻可以帮助使包括漏极-源极电容CDS和寄生电感Lp（其包括晶体管器件和负载Z之间的连接线的线电感）的寄生谐振电路的振荡衰减。根据一个示例，实施电阻器6以使得通过下式来近似给出电阻器的电阻R6：
（2），
在这里，R6是电阻，Lp是寄生电感，CDS是漏极-源极电容，并且c是常数。根据一个示例，c是从0.5与3之间选择的，特别是从0.9与1.5之间选择的。
当晶体管器件接通时，经由晶体管器件的导通漏极-源极路径来使场电极结构3（漏极-源极电容CDS）放电。在该操作状态下，整流器元件5正向偏置，使得它绕过（bypass）电阻元件6。因此当该器件关断时电阻元件6减缓对场电极结构3充电，但是当晶体管器件从断开状态切换至导通状态时电阻元件6不减缓使场电极结构3放电。因此，经由正向偏置整流器元件6，当晶体管器件从断开状态切换至导通状态时使场电极结构3迅速放电。考虑到降低开关损耗，后者是有益的。
该晶体管器件可以包括多个相同的器件结构，被称为晶体管单元。每个晶体管单元都包括元件区13的区段、主体区12的区段、栅极电极21或栅极电极21的邻近主体区12的区段、漂移区11的区段、漏极区14的区段和场电极结构3或场电极结构的邻近漂移区11的区段。两个或更多晶体管单元可以共享一个栅极电极21和/或两个或更多晶体管单元可以共享一个场电极结构3。在图1和图2中的每一个中，示出一个晶体管单元的横截面视图。
图4示出具有若干个晶体管单元的晶体管器件的垂直横截面视图。仅仅为了说明的目的，图4中示出的各个晶体管单元是图1中示出的类型的晶体管单元，在其中整流器区110在垂直方向z上没有延伸超过p-n结。然而，也可以使用图2中示出的类型的晶体管单元。在图4中，参考字符10表示这些晶体管单元中的一个。通过使源极区13和主体区12电气连接至源极电极41（其中每个晶体管单元都包括源极区13的区段和主体区12的区段），并且通过使栅极电极21电气连接至栅极端子G（在图1中其仅被示意性地图示）来使各个晶体管单元并联连接。在图1中仅示意性地图示栅极电极21和栅极端子G之间的连接。能够以常规方式来实施该连接。进一步地，并联连接各个晶体管单元，因为各个晶体管单元共享连接至漏极节点的漏极区14和漂移区11。在图1、2和4中示出的示例中，该场电极结构3与漏极区14间隔开。根据另一示例（未被示出），场电极结构3延伸至漏极区14或延伸到漏极区14中。
图5示出图4中示出的类型的晶体管器件的一个示例的水平横截面视图。在该示例中，场电极结构3以及因此这些场电极结构3位于其中的第一沟槽中的每一个都具有柱状物（针状体或针状物）的形状。这种类型的场电极结构3在下文中被称为柱形（针状或针形）的场电极结构3。根据一个示例，在柱形场电极结构3中，场电极结构3在任何横向方向上的尺寸都小于场电极结构3在垂直方向上的尺寸。特别地，场电极31在任何横向方向上的尺寸都小于场电极31在垂直方向上的尺寸。令d3为场电极31在垂直方向上的尺寸并且w1为场电极31的最大横向尺寸，则根据一个示例，比率d3/w1大于2、大于5、大于10或甚至大于20。
在图5中示出的示例中，栅极电极结构2在水平面中具有带有多个网格开口（它们也可以被称为环）的网格的形状。仅仅为了说明的目的，在图5中示出的示例中，该栅极电极结构2被绘制成具有带有矩形网格开口的网格的形状。然而，这仅是一个示例。也可以实施任何其他类型的网格形状，诸如带有六边形开口的或带有任何其他类型的多边形开口的网格。在图5中示出的示例中，在网格形状的栅极电极结构2的多个网格开口中的每一个中，布置多个场电极结构3中的对应一个。然而，这仅是一个示例。根据另一示例（未被示出），在这些网格开口中的每一个中布置两个或更多场电极结构3。
在具有网格形状的栅极电极结构20的晶体管器件中，如在图5中示出的，存在被各个晶体管单元共享的一个栅极电极结构2。在图5中，以点线来图示一个晶体管单元10的轮廓。
图6示出图4中示出的类型的晶体管器件的另一示例的水平横截面视图。在图6中示出的示例中，场电极结构3在半导体主体的一个水平方向上是细长的。在该上下文中“细长的”意指各个场电极结构的长度l1远大于宽度w1。根据一个示例，比率l1/w1大于10、大于20、大于50、或甚至大于一个100。与场电极结构3相似，栅极电极结构2在该示例中也是细长的结构。在具有细长的场电极结构3和细长的栅极电极结构2的晶体管器件中，如在图6中示出的，两个邻近晶体管单元10共享一个栅极电极结构2，并且两个邻近晶体管单元共享一个场电极结构3。在图6中以虚线示出一个晶体管单元的轮廓。
参考上文，主体区12电气连接至源极电极42。在图7和8中图示主体区12可以如何连接至源极电极42的两个示例。这些图中的每一个都示出其中主体区12连接至源极电极41的晶体管器件的区的放大的横截面视图。在图7中示出的示例中，源极电极41包括导电插头42，其在半导体主体100的垂直方向z上向下延伸至主体区12。可选地，该主体区12包括与主体区12的其他区相同掺杂类型但比这些其他区更高掺杂的接触区15。接触区15邻接接触插头 42并且在接触插头42和主体区12之间提供欧姆接触。在图7中示出的示例中，该接触插头42邻接源极区13和场电极电介质32二者，该场电极电介质32邻近整流器区110延伸到半导体主体的第一表面101。可选地，在横向邻近接触插头41的区中，电介质层71可以被布置在源极区13和源极电极41之间。
在图8中示出的示例中，该主体区12包括邻近源极区13延伸到表面101的区段，在那里主体区12由源极电极41接触。可选地，该主体区12包括上文在那些区中解释的类型的接触区15，在那里主体区12由源极电极41接触。
参考上文，可以以各种方式来实施整流器元件5和电阻元件6。在图9至12中图示并且在下文中解释如何可以在整流器区110中实施整流器元件5和电阻元件6的一些示例。
在图9中示出的示例中，场电极31包括第一掺杂类型的半导体材料。根据一个示例，该半导体材料是诸如多晶硅的多晶半导体材料。整流器元件5包括与场电极31的掺杂类型互补的掺杂类型的掺杂区51，其中整流器元件5的掺杂区51邻接场电极31以使得在掺杂区51和场电极31之间形成p-n结。在掺杂区51和场电极31之间的p-n结形成整流器元件。在该示例中，该整流器元件是双极型二极管，其中掺杂区51形成阳极区并且场电极31形成阴极区。根据一个示例，该掺杂区51包括与场电极31相同类型的半导体材料，使得根据一个示例，掺杂区51包括多晶硅。掺杂区51通过接触插头52电气（欧姆）连接至源极电极41。该接触插头52包括导电材料（诸如例如金属）或高掺杂的多晶半导体材料（诸如与掺杂区51相同掺杂类型但更高掺杂的多晶硅）。
参考图9，该电阻元件6包括连接在源极电极41和场电极31之间的电阻区61。根据一个示例，该电阻区61是与场电极31相同掺杂类型但比场电极31更低掺杂的掺杂半导体区。可选地，在电阻区61和源极电极41之间布置与电阻区61相同掺杂类型但比电阻区61更高掺杂的接触区62。该接触区62在源极电极41和电阻区61之间提供欧姆接触。场电极31的掺杂浓度例如高于1E21 cm-3，接触区的掺杂浓度例如是从在5E18 cm-3和1E19 cm-3之间的范围选择的，电阻区61的掺杂浓度例如低于1E16 cm-3，并且掺杂区51（在图9中示出的示例中，其形成双极型二极管的阳极区）的掺杂浓度是从在1E18 cm-3和1E19 cm-3之间的范围选择的。
参考上文，接触插头52包括（a）与掺杂区（阳极区）51相同掺杂类型的掺杂半导体材料、或（b）金属，其中该金属可以是肖特基金属。在情况（a）中，在接触插头52和电阻区61之间存在pn结，并且在情况（b）中，在接触插头52和电阻区61之间存在肖特基结。在这些情况中的每一个中，当场电极31和阳极区51之间的p-n结被反向偏置时，电阻区61和接触插头52之间的结被反向偏置。因此，当电流流动通过电阻区61时，不存在错流（cross current）进入接触插头52，使得接触插头52不会绕过电阻区61。
图10示出与图9中示出的整流器元件5不同的整流器元件5，因为用与场电极31和电阻区61相同掺杂类型的肖特基区54来替换掺杂区51。根据一个示例，肖特基区54的掺杂浓度等于电阻区61的掺杂浓度。肖特基区54通过接触插头53电气（欧姆）连接至源极电极41，其中在肖特基区54和接触插头53之间形成肖特基接触。该肖特基接触形成整流器元件5。在该示例中，该整流器元件是肖特基二极管。该接触插头53包括适合于形成与肖特基区54的肖特基接触的金属。该金属的示例包括但不局限于钛（Ti）、氮化钛（TiN）、钨（W）、钛钨合金（TiW）、或钼（Mo）。这些金属也可以被用来实施图7中示出的接触插头52。可以以与图9中示出的电阻元件6相同的方式来实施电阻元件6。
在图9和10中示出的示例中，仅示意性地示出主体区12和源极电极41之间的电气连接。可以通过参考图7和8解释的连接中的任一个来实施这些连接中的每一个。
图11示出根据另一示例的整流器元件5和电阻元件6。在该示例中，该电阻元件6包括在场电极31和源极电极41的接触插头42之间的电阻器区61。在该示例中，该场电极电介质32包括在场电极31和接触插头42之间的开口，在其中布置电阻区61。与图9和10中示出的示例不同，该电阻区61在横向方向上在场电极31和源极电极41之间延伸。整流器元件5像在图9中示出的示例中那样实施，并且包括在场电极31和源极电极41之间的二极管区51。该接触插头52是可选的并且可以被省略。作为对图11中示出的掺杂区51的代替，可以使用如参考图10解释的肖特基区。在图11中示出的示例中，接触插头42不仅连接至电阻器6的电阻区61而且还连接至源极区13和主体区12。在该示例中，可以在半导体主体的第一表面101和源极电极41之间布置绝缘体。
图12示出图11中示出的类型的且具有针形场电极的器件的水平横截面视图。在该示例中，源极电极41可以包括位于针形场电极结构周围的多个接触插头42，其中在这些接触插头42中的每一个与场电极31之间布置电阻区61。
在上面解释的示例中的每一个中，将整流器元件5和电阻元件6集成在第一沟槽的整流器区110中。通过这样，可以以节省空间的方式来实现整流器元件5和电阻元件6。进一步地，在具有若干场电极31的示例中，每个场电极31都具有与场电极31紧密接近的对应整流器元件5和对应电阻元件6，以使得在场电极31和电阻元件6之间不存在连接线。那些连接线可以增加电阻，并且可以具有以下效果：不同的晶体管单元依赖于它们至布置电阻元件的位置的距离而可能具有不同的电阻，其支配对场电极结构充电。
在图13A至13F中示出用于形成邻近场电极31的电阻器6和整流器元件5的方法的一个示例。这些图中的每一个都示出场电极的一个区段以及在其中形成电阻器6和整流器元件5的区的垂直横截面视图。
参考图13A，该方法包括形成沟槽，沿着沟槽的侧壁形成场电极电介质32使得剩余沟槽保留，以及利用场电极材料31'来填充剩余沟槽。在图13A中图示其结果。
参考图13B，该方法包括回蚀场电极材料31'以便在场电极电介质内形成沟槽111。场电极材料61'的保留在沟槽111下面的那些区段形成场电极31。
参考图13C，该方法进一步包括利用与场电极相同掺杂类型但更低掺杂的半导体材料61'来填充沟槽111。该半导体材料61'（在下文中，其被称为电阻区材料61'）的区段形成成品器件中的电阻区61。
参考图13D，该方法进一步包括在电阻区材料61'中形成沟槽112，以使得电阻区材料61'的区段在至少一个横向方向上保持紧邻沟槽，并且在半导体主体100的垂直方向上在沟槽下面。在图13D中示出的示例中，沟槽112邻接场电极电介质32。然而，这仅是一个示例。还可能的是形成沟槽112以使得它与场电极电介质32间隔开。
参考图13E，该方法进一步包括通过将与场电极31和电阻区61的掺杂类型互补的掺杂类型的掺杂剂原子引入电阻区材料61'的在沟槽112底部和场电极31之间的区段中来形成二极管区（阳极区）51。引入掺杂剂原子可以包括使用注入掩模201进行的注入过程。
参考图13F，该方法进一步包括在沟槽112中形成接触插头52。图13F中示出的器件结构是图9中示出的器件结构，在其中整流器元件是双极型二极管。图14A和14B示出该方法的修改，其可以用来形成肖特基二极管作为整流器元件。
图14A和14B中示出的方法与图13A至13F中示出的方法的不同之处在于：在电阻区材料61'中形成沟槽112（这在图14A中示出）之后，在沟槽53中形成肖特基金属的接触插头53（这在图14B中示出）。在该示例中，布置在接触插头53和场电极31之间的电阻区材料61'的区段形成肖特基区54。
上面在这里解释的晶体管器件的示例涉及：
示例1. 一种晶体管器件，包括：在半导体主体中，漂移区、邻接该漂移区的主体区、以及通过主体区与漂移区分开的源极区；通过栅极电介质与主体区介电绝缘的栅极电极；电气连接至源极区的源极电极；通过场电极电介质与漂移区介电绝缘的至少一个场电极；以及耦合在源极电极和场电极之间的整流器元件，其中该场电极和场电极电介质被布置在从半导体主体的第一表面延伸至半导体主体中的第一沟槽中，并且其中该整流器元件被集成在第一沟槽中在邻近源极区和主体区中的至少一个的整流器区中。
示例2. 示例1的晶体管器件，其中该第一沟槽具有柱状物的形状，并且其中该源极区和主体区在半导体主体的水平面中包围至少一个第一沟槽。
示例3. 示例1的晶体管器件，其中该第一沟槽具有带两个相对纵向侧的纵向形状，并且其中该源极区和主体区邻近两个相对纵向侧中的每一个。
示例4. 示例1至3中的一个的晶体管器件，进一步包括：在主体区和漂移区之间形成的p-n结，其中该pn结位于半导体主体的第一垂直位置处。
示例5. 示例4的晶体管器件，其中如从第一表面看，该整流器区没有延伸超过第一垂直位置。
示例6. 示例4的晶体管器件，其中pn结与第一表面间隔开第一距离，并且其中如从第一表面看，该整流器区没有延伸超过第一垂直位置远于第一距离的50%。
示例7. 前述示例中的一个的晶体管器件，其中该栅极电极和栅极电介质被布置在第二沟槽中，该第二沟槽与第一沟槽在半导体主体的至少一个横向方向上间隔开。
示例8. 示例7的晶体管器件，其中该第一沟槽具有针状物形状，并且其中该第二沟槽包围第一沟槽。
示例9. 示例8的晶体管器件，其中该第二沟槽具有带有多个网格开口的网格的形状，其中该晶体管器件包括多个场电极，其每一个都被布置在多个第一沟槽中的相应一个中，并且其中至少一个第一沟槽被布置在多个网格开口中的每一个中。
示例10. 示例1至9中的一个的晶体管器件，其中该整流器元件包括双极型二极管。
示例11. 示例10的晶体管器件，其中该场电极包括第一掺杂类型的半导体材料，其中该双极型二极管包括在场电极和与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的半导体区之间的pn结，并且其中该第二掺杂类型的半导体区耦合至源极电极。
示例12. 示例11的晶体管器件，其中该场电极的半导体材料是多晶半导体材料，并且其中第二掺杂类型的半导体区是多晶半导体区。
示例13. 示例1至9中的一个的晶体管器件，其中该整流器元件包括肖特基二极管。
示例14. 示例10的晶体管器件，其中该场电极包括第一掺杂类型的半导体材料，其中该肖特基二极管包括第一掺杂类型且比场电极的半导体材料更轻掺杂的肖特基区以及邻接第一掺杂类型的肖特基区的肖特基金属，其中第一掺杂类型的肖特基区邻接场电极，并且其中肖特基金属耦合至源极电极。
示例15. 示例14的晶体管器件，其中该场电极的半导体材料是多晶半导体材料，并且其中第一掺杂类型的半导体区是多晶半导体区。
示例16. 前述示例中的一个的晶体管器件，进一步包括：耦合在源极电极和场电极之间且与整流器元件并联的电阻器，其中该电阻器被集成在整流器区中。
示例17. 示例16的晶体管器件，其中该场电极包括第一掺杂类型的半导体材料，其中该电阻器包括第一掺杂类型且比场电极的半导体材料更轻掺杂的半导体区，并且其中第一掺杂类型的半导体区被耦合在源极电极和场电极之间。
示例18. 示例17的晶体管器件，其中该第一掺杂类型的半导体区在半导体主体的垂直方向上从源极电极延伸至场电极。
示例19. 示例17的晶体管器件，其中该第一掺杂类型的半导体区在半导体主体的横向方向上并且通过场电极电介质从源极电极的插头延伸至场电极。

Claims (18)

1.一种晶体管器件，包括：
在半导体主体中，漂移区、邻接该漂移区的主体区、以及通过主体区与漂移区分开的源极区；
通过栅极电介质与主体区介电绝缘的栅极电极；
电气连接至源极区的源极电极；
通过场电极电介质与漂移区介电绝缘的至少一个场电极；
耦合在源极电极和场电极之间的整流器元件；以及
耦合在源极电极和场电极之间且与整流器元件并联的电阻器，
其中该场电极和场电极电介质被布置在从半导体主体的第一表面延伸至半导体主体中的第一沟槽中，
其中将整流器元件集成在第一沟槽中在邻近源极区和主体区中的至少一个的整流器区中，
其中该电阻器被集成在整流器区中，
其中该场电极包括第一掺杂类型的半导体材料，
其中该电阻器包括第一掺杂类型且比场电极的半导体材料更轻掺杂的半导体区，以及
其中第一掺杂类型的半导体区被耦合在源极电极和场电极之间。
2.根据权利要求1所述的晶体管器件，
其中该第一沟槽具有柱状物的形状，以及
其中该源极区和主体区在半导体主体的水平面中包围第一沟槽。
3.根据权利要求1所述的晶体管器件，
其中该第一沟槽具有带有两个相对纵向侧的纵向形状，以及
其中该源极区和主体区邻近两个相对纵向侧中的每一个。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的晶体管器件，
其中在主体区和漂移区之间形成的p-n结位于半导体主体的第一垂直位置处。
5.根据权利要求4所述的晶体管器件，
其中如从第一表面看，该整流器区没有延伸超过第一垂直位置。
6.根据权利要求4所述的晶体管器件，
其中p-n结与第一表面间隔开第一距离，以及
其中如从第一表面看，该整流器区没有延伸超过第一垂直位置远于第一距离的50%。
7.根据权利要求1至3和5至6中的任一项所述的晶体管器件，
其中该栅极电极和栅极电介质被布置在第二沟槽中，该第二沟槽与第一沟槽在半导体主体的至少一个横向方向上间隔开。
8.根据权利要求7所述的晶体管器件，
其中该第一沟槽具有柱形形状，以及
其中该第二沟槽包围第一沟槽。
9.根据权利要求8所述的晶体管器件，
其中该第二沟槽像带有多个网格开口的网格一样成形，
其中该晶体管器件包括多个场电极，其每一个都被布置在多个第一沟槽中的相应一个中，以及
其中至少一个第一沟槽被布置在多个网格开口中的每一个中。
10.根据权利要求1至3、5至6、8至9中的任一项所述的晶体管器件，
其中该整流器元件包括双极型二极管。
11.根据权利要求10所述的晶体管器件，
其中该双极型二极管包括在场电极和与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的半导体区之间的p-n结，以及
其中该第二掺杂类型的半导体区耦合至源极电极。
12.根据权利要求1至3、5至6、8至9和11中的任一项所述的晶体管器件，
其中该整流器元件包括肖特基二极管。
13.根据权利要求12所述的晶体管器件，
其中该肖特基二极管包括第一掺杂类型且比场电极的半导体材料更轻掺杂的肖特基区和邻接第一掺杂类型的半导体区的肖特基金属，
其中第一掺杂类型的肖特基区邻接场电极，以及
其中肖特基金属耦合至源极电极。
14.根据权利要求1所述的晶体管器件，
其中该整流器元件包括与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的半导体区，以及
其中该第二掺杂类型的半导体区邻接该场电极使得在该第二掺杂类型的半导体区和该场电极之间形成p-n结。
15.根据权利要求1所述的晶体管器件，
其中该场电极包括n型多晶硅，以及
其中该整流器元件包括邻接该n型多晶硅的p型多晶硅。
16.一种制造晶体管器件的方法，所述方法包括：
在半导体主体中，形成漂移区、邻接该漂移区的主体区、以及通过主体区与漂移区分开的源极区；
形成通过栅极电介质与主体区介电绝缘的栅极电极；
形成电气连接至源极区的源极电极；
在从半导体主体的第一表面延伸至半导体主体中的第一沟槽中形成：通过场电极电介质与漂移区介电绝缘的至少一个场电极；
在该第一沟槽中在邻近源极区和主体区中的至少一个的整流器区中集成整流器元件，该整流器元件被耦合在源极电极和场电极之间，以及,
在整流器区中集成电阻器，所述电阻器耦合在源极电极和场电极之间且与整流器元件并联，
其中该场电极包括第一掺杂类型的半导体材料，
其中该电阻器包括第一掺杂类型且比场电极的半导体材料更轻掺杂的半导体区，以及
其中第一掺杂类型的半导体区被耦合在源极电极和场电极之间。
17.根据权利要求16所述的方法，
其中该整流器元件包括与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的半导体区，以及
其中该第二掺杂类型的半导体区邻接该场电极使得在该第二掺杂类型的半导体区和该场电极之间形成p-n结。
18.根据权利要求16所述的方法，
其中该场电极包括n型多晶硅，以及
其中该整流器元件包括邻接该n型多晶硅的p型多晶硅。
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