设计和制作带有特定地球宇宙射线(TCR)额定值的半导体装置制造方法及图纸

在一个实施例中，制造碳化硅(SiC)装置的方法包括:接收对在特定施加电压的特定地球宇宙射线(TCR)额定值的选择；至少基于在特定施加电压的特定TCR额定值来确定SiC装置的击穿电压；至少基于击穿电压来确定漂移层设计参数。漂移层设计参数包括漂移层的掺杂浓度和厚度。所述方法还包括制作具有带有所确定的漂移层设计参数的漂移层的SiC装置。该SiC装置具有在特定施加电压的特定TCR额定值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设计和制作带有特定地球宇宙射线(TCR)额定值的半导体装置相关申请的交叉引用此申请要求对2016年2月24日提交的标题为“DESIGNINGANDFABRICATINGSEMICONDUCTORDEVICESWITHSPECIFICTERRESTRIALCOSMICRAY(TCR)RATINGS”的临时申请No.62/299401的优先权及其权益，所述临时申请通过引用以其整体被结合于本文中。
技术介绍
本文所公开的主题涉及半导体，并且更具体地涉及用于设计和制作带有特定地球宇宙射线(TCR)额定值的碳化硅(SiC)装置的方法。此部分旨在向读者介绍可能与本公开的各个方面相关的领域的各个方面，其在下文被描述和/或被要求权利。此讨论被认为有助于向读者提供背景信息以便促进更好地理解本公开的各个方面。因此，应该理解的是，这些陈述应以此角度来阅读，并不是作为对现有技术的承认。诸如二极管、功率MOSFET、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)、和诸如此类的功率装置被用于各种功率转换系统中。太空、高海拔和地球系统中的此类装置容易受到由高能粒子引起的破坏性单粒子烧毁事件(SEB)（singleeventburnout）的影响。各个功率装置的操作可能受地球宇宙射线(TCR)所影响。例如，TCR暴露能使功率装置以不期望的方式出现故障，这可能导致装备/系统失灵和/或损坏。此外，某些应用可指定在特定装备中要使用的、带有某一TCR故障率额定值的功率装置。
技术实现思路
在范畴中与最初要求权利的主题相称的某些实施例在下面被概述。这些实施例不旨在限制所要求权利的主题的范畴，而是这些实施例旨在仅提供本公开的可能形式的简要概述。实际上，所公开的技术可以涵盖可类似于或不同于以下阐述的实施例的各种形式。在一个实施例中，一种制造碳化硅(SiC)装置的方法包括:接收对在特定施加电压的特定地球宇宙射线(TCR)额定值的选择；至少基于在特定施加电压的特定TCR额定值来确定对于SiC装置的击穿电压；至少基于击穿电压来确定漂移层设计参数。漂移层设计参数包括漂移层的掺杂浓度和厚度。所述方法还包括制作具有漂移层的SiC装置，所述漂移层带有所确定的漂移层设计参数。SiC装置具有在特定施加电压的特定TCR额定值。在一个实施例中，一种电子装置包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器配置成运行计算机指令，所述计算机指令促使所述一个或多个处理器执行以下操作：接收包括碳化硅(SiC)装置的在特定施加电压的特定TCR额定值的输入；至少基于在特定施加电压的特定TCR额定值来确定对于SiC装置的击穿电压；至少基于击穿电压来确定对于SiC装置的漂移层设计参数；以及输出漂移层设计参数。在一个实施例中，一种针对在特定施加电压的特定地球宇宙射线(TCR)故障率所设计的碳化硅(SiC)装置包括漂移层，所述漂移层包括针对在特定施加电压的特定TCR故障率额定值所确定的参数。至少基于SiC装置的击穿电压来确定所述参数，并且至少基于根据以下关系的特定施加电压和击穿电压来确定TCR故障率:其中A是常数值，B是常数值，V是所述特定施加电压，并且BV是所述击穿电压。附图说明当参考附图来阅读以下具体实施方式时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中相似字符贯穿附图表示相似部分，在附图中:图1是根据本技术的实施例的平面SiCMOSFET装置的示意图；图2是示出根据本技术的实施例的用于运算非穿通SiC装置设计的击穿电压的电场的模型的示意图；图3是示出根据本技术的实施例的用于运算穿通SiC装置设计的击穿电压的电场的模型的示意图；图4是示出根据本技术的实施例的对于具有不同最大电压额定值的SiC装置的TCR故障率对施加电压的坐标图；图5是示出根据本技术的实施例的对于具有不同最大电压额定值的SiC装置的TCR故障率对归一化电压的坐标图；图6是示出根据本技术的实施例的对于具有不同最大电压额定值的SiC装置的TCR故障率对归一化电压，以及TCR故障率对跨不同最大电压额定值的归一化电压的拟合线的坐标图；以及图7是根据本技术的实施例的设计和制作带有(在特定施加电压的)特定TCR额定值的SiC装置的方法的流程图。具体实施方式以下将描述本公开的一个或多个特定实施例。为了努力提供这些实施例的简明描述，说明书中可能没有描述实际实现的所有特征。应当领会的是，在任何此类实际实现的开发中（如在任何工程或设计项目中），必须做出许多实现特定的决定来达到开发者的特定目的，诸如遵从系统相关和商业相关的约束，其可能从一个实现到另一个实现而变化。此外，应当领会的是，此类开发努力可能是复杂和耗时的，但是对于受益于此公开的那些普通技术人员来说，这将仍然是设计、制作和制造的例行任务。当介绍本公开的各个实施例的元件时，冠词“一（a、an）”和“所述（the、said）”旨在意味着存在所述元件的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并意味着除了列出的元件之外还可存在附加元件。如所提及的，某些应用可以指定要使用带有某一TCR额定值的半导体功率装置。目前认识到，半导体功率装置的具体特性可以定义它们对TCR效应的敏感性。虽然理解半导体功率装置的漂移层的掺杂浓度和厚度可以定义装置的额定性能(例如，阻塞能力)，但是目前认识到，漂移层设计也可以定义半导体装置对地球宇宙射线(TCR)辐射效应的敏感性，诸如使半导体装置灾难性地故障。因此，本公开的实施例通常涉及用于基于漂移层的设计参数来设计和制作带有特定TCR故障率的半导体装置的方法。此外，虽然本方法可以在SiCMOSFET装置的上下文中在下面被讨论，但是应当领会的是，本方法可以适用于利用n沟道设计和p沟道设计两者的其它类型的装置结构(例如，二极管(例如，肖特基、PIN、JBS、MPS等)、晶闸管、MOSFET、UMOSFET、VMOSFET、DMOSFET、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)、双极晶体管(BJT)、绝缘基极MOS控制的晶闸管(IBMCT)、结型场效应晶体管(JFET)、和金属半导体场效应晶体管(MESFET)、或任何其它合适的装置)。图1示出了根据本技术的实施例的平面n沟道场效应晶体管的有源极单元，即DMOSFET，在下文称为MOSFET装置10，其被设计成具有具体TCR额定值。可以领会的是，为了更清楚地示出MOSFET装置10（以及下面讨论的其它装置）的某些组件，可以省略某些通常理解的设计元件(例如，顶部金属化、钝化、边缘端接、等等)。图1的所示MOSFET装置10包括具有第一表面4和第二表面6的半导体层2(例如碳化硅(SiC)半导体层)。半导体层2包括具有第一导电类型(例如，n型漂移层16)的漂移区16、与漂移区相邻并接近第一表面的阱区18，阱区18具有第二导电类型(例如，p阱18)。如以下更详细讨论的，根据本技术，漂移层16具有具体厚度17以及具体掺杂剂浓度，以提供某一击穿电压和TCR故障率额定值。处于海平面的宇宙射线由基于通量和粒子能量的关系包括质子、中子、π介子、μ介子、电子和光子的粒子谱所组成。对于图1中所示的MOSFET装置10，半导体层2还包括与阱区18相邻的源极区20，所述源极区具有第一导电类型(例如，n型源极区20)。栅极绝缘层24被布置在半导体层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造碳化硅(SiC)装置的方法，包括:接收对在特定施加电压的特定地球宇宙射线(TCR)额定值的选择；至少基于在所述特定施加电压的所述特定TCR额定值来确定所述SiC装置的击穿电压；至少基于所述击穿电压来确定漂移层设计参数，其中所述漂移层设计参数包括所述漂移层的掺杂浓度和厚度；以及制作具有带有所确定的漂移层设计参数的漂移层的所述SiC装置，其中所述SiC装置具有在所述特定施加电压的所述特定TCR额定值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.24 US 62/299401;2016.10.17 US 15/2957791.一种制造碳化硅(SiC)装置的方法，包括:接收对在特定施加电压的特定地球宇宙射线(TCR)额定值的选择；至少基于在所述特定施加电压的所述特定TCR额定值来确定所述SiC装置的击穿电压；至少基于所述击穿电压来确定漂移层设计参数，其中所述漂移层设计参数包括所述漂移层的掺杂浓度和厚度；以及制作具有带有所确定的漂移层设计参数的漂移层的所述SiC装置，其中所述SiC装置具有在所述特定施加电压的所述特定TCR额定值。2.如权利要求1所述的方法，其中通过将所选择的特定TCR额定值和所述特定施加电压输入到以下关系中来确定所述击穿电压:其中A是常数值，B是常数值，V是所述特定施加电压，并且BV是所述击穿电压。3.如权利要求2所述的方法，其中A的所述常数值在从-4到-10的范围内并且B的所述常数值在从10到21的范围内。4.如权利要求2所述的方法，其中A的所述常数值在从-5到-6的范围内。5.如权利要求2所述的方法，其中B的所述常数值在从11到14的范围内。6.如权利要求1所述的方法，包括接收对装置的类型的选择，其中确定所述漂移层设计参数还至少基于对于所述SiC装置是选择非穿通装置设计还是穿通装置设计。7.如权利要求1所述的方法，包括输出所述漂移层设计参数。8.如权利要求1所述的方法，其中，对于穿通平面设计，所述漂移层设计参数包括所述漂移层的掺杂浓度和厚度并基于以下关系来运算:其中BV是所述击穿电压，EC是临界电场，W是所述漂移层的所述厚度，ND是所述漂移层中的所述掺杂浓度，q是所述q是电子电荷，并且εs是半导体材料介电常数，以及。9.如权利要求1所述的方法，其中，对于非穿通平面设计，所述漂移层设计参数包括所述漂移层的掺杂浓度和厚度并基于以下关系来运算:其中BV是击穿电压并且ND是所述漂移层中的所述掺杂浓度，以及其中W是所述漂移层的所述厚度。10.一种电子装置，包括:一个或多个处理器，所述一个或多个处理器配置成运行计算机指令，所述计算机指令促使所述一个或多个处理器:接收包括对于碳化硅(SiC)装置的在特定施加电压的特定TCR额定值的输入；至少基于在所述特定施加电压的所述特定TCR额定值来确定所述SiC装置的击穿电压；至少基于所述击穿电压来确定所述SiC装置的漂移层设计参数；以及输出所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：AV博罗特尼科夫，LD斯特瓦诺维奇，PA罗西，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US