半导体器件制造技术

本实用新型专利技术提供了一种具有新颖隐埋结架构的半导体器件。所述半导体器件可具有三个端子以及所述端子中的两个之间的漂移区。所述漂移区包括上漂移层，下漂移层，以及在所述上漂移层和所述下漂移层之间的隐埋结层，其中所述上漂移层和所述下漂移层具有第一掺杂类型。所述隐埋结层包括第一材料和第二材料的散布图案，所述第一材料具有与所述第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，并且所述第二材料具有所述第一掺杂类型并且具有与所述上漂移层和所述下漂移层不同的掺杂浓度。该新颖的隐埋结架构使半导体器件能够通过掺杂材料和反向掺杂材料的散布图案来解决开关损耗和性能退化的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件
本技术通常涉及电子器件，并且更具体地涉及半导体器件中的隐埋结层的设计。
技术介绍
功率晶体管是用于开关电源的半导体器件。不同功率晶体管配置是可用的，包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)。IGBT设计结合了双极晶体管的输出开关和导通特性与MOSFET的电压控制。IGBT通常用于但不限于涉及低占空比、低频率(例如，低于20kHz)、高电压(例如，高于1000伏特)、高温(例如，高于100℃)和/或高输出功率(例如，高于5kW)的情况。对IGBT造成负面影响的问题中的一些包括开关损耗以及由于热循环而导致的随时间推移的性能退化。用以改善IGBT特性的最近努力包括将隐埋结(有时称为“浮动”结或“超”结)引入到漂移区中。用以改善隐埋结设计和/或制造技术的努力正在进行中。隐埋结架构及其改善适用于IGBT以及其他半导体器件。
技术实现思路
因此，为了解决开关损耗和性能退化的技术问题，本文提供了具有新颖隐埋结架构的半导体器件，该半导体器件通过掺杂材料和反向掺杂材料的散布图案来解决技术问题。在至少一些实施方案中，半导体器件具有三个端子以及在端子中的两个之间的漂移区。漂移区包括上漂移层，下漂移层，以及在上漂移层和下漂移层之间的隐埋结层，其中上漂移层和下漂移层具有第一掺杂类型。隐埋结层包括第一材料和第二材料的散布图案，第一材料具有与第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，并且第二材料具有第一掺杂类型并且具有与上漂移层和下漂移层不同的掺杂浓度。在至少一些实施方案中，半导体器件包括：具有第一掺杂类型的下漂移区；在所述下漂移区上方的结层，其中所述结层包括第一材料和第二材料的散布图案，所述第一材料具有与所述第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，并且所述第二材料具有所述第一掺杂类型并且具有与所述下漂移区不同的掺杂浓度；和在所述结层上方的上漂移区，所述上漂移区具有所述第一掺杂类型并且具有与所述第一材料不同的掺杂浓度。在至少一些实施方案中，用于制造半导体器件的方法包括形成具有第一掺杂类型的下漂移区。该方法还包括在下漂移区上方形成结层，其中结层包括第一材料和第二材料的散布图案，第一材料具有与第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，并且第二材料具有第一掺杂类型并且具有与下漂移区不同的掺杂浓度。该方法还包括在结层上方形成上漂移区，该上漂移区具有第一掺杂类型并且具有与第一材料不同的掺杂浓度。前述实施方案中的每个可以组合实现并且/或者可以任何组合包括以下特征中的一个或多个：(a)漂移区包括多个隐埋结层，在相邻隐埋结层之间具有中间漂移层，其中每个隐埋结层包括第一材料和第二材料的散布图案，第一材料具有与第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，并且第二材料具有第一掺杂类型并且具有与上漂移层和下漂移层不同的掺杂浓度；(b)对应于多个隐埋结层的散布图案对准；(c)对应于多个隐埋结层的散布图案不对准；(d)散布图案包括由第二材料分开的第一材料的间隔岛；(e)散布图案包括由第二材料分开的第一材料的间隔线；(f)间隔线中的至少一些彼此相交；(g)有源区内的散布的间距是恒定的，并且有源区之外的散布的间距相对于有源区内的散布的间距增加；h)有源区之外的散布的间距作为距有源区的距离的函数不断增加；(i)第一材料和第二材料的散布图案被设计成避免器件关断期间的电流丝化；(j)形成多个结层，在相邻结层之间具有中间漂移区，其中每个结层包括第一材料和第二材料的散布图案；(k)形成多个结层包括将对应于多个结层中的每个的散布图案对准；(l)形成多个结层包括使对应于多个结层中的每个的散布图案中的至少一些不对准；(m)在形成下漂移区、结层和上漂移区之前形成绝缘栅双极晶体管(IGBT)背面结构；(n)在上漂移区上方形成金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)顶部结构；(o)形成结层包括植入第一材料的间隔的散布，然后在间隔的散布周围植入第二材料；(p)基于第二掺杂类型的掺杂浓度来选择第一材料的散布之间的间距；(q)形成结层包括植入第一材料和第二材料，并且其中形成上漂移区包括应用外延生长工艺；以及(r)形成下漂移区和上漂移区包括对于下漂移区和上漂移区使用不同的掺杂浓度。附图说明在附图中：图1A是第一示例性半导体器件的框图。图1B是第二示例性半导体器件的框图。图1C是示例性半导体管芯的俯视图。图1D是示例性封装半导体器件的透视图。图2A是示例性半导体器件的剖视图。图2B是另一个示例性半导体器件的剖视图。图3示出示例性半导体器件的剖视图和对应的电场曲线图。图4A示出与示例性半导体器件相关的示例性接通波形的曲线图。图4B示出与示例性半导体器件相关的示例性关断波形的曲线图。图5A-图5D示出隐埋结层的示例性散布图案的俯视图。图6示出示例性半导体器件制造方法的流程图。应当理解，附图和对应的详细描述并不限制本公开，而是相反，为理解落在所附权利要求范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式提供基础。术语在以下描述中，“散布的图案”是指使用至少两种材料形成的重复或非重复图案。为了形成散布图案，提供材料的至少两种间隔的散布，并且至少一种其他材料填充散布周围的空间直到与散布图案相关联的层的边界。每种散布的示例性形状是岛(即，隔离的三维形状，诸如团状、圆柱体、球体、棱柱或立方体)或网格线(例如，平行或以相交方式延伸跨过与散布图案相关联的层的三维形状)。散布图案可包括不同散布形状和尺寸。另外，对于给定层而言，散布之间的间距可保持不变或者可改变。另外，多个散布图案可彼此组合并且/或者可重叠。具有材料的散布图案的层的俯视图显示了该图案。另外，术语“本征”、“轻度掺杂”、“中度掺杂”和“重度掺杂”以及“退化”用于指示相对的掺杂程度。这些术语不旨在指示确定的数值范围，而是旨在(在计算尺上)指示大概的范围，所述范围的上限值和下限值可被允许在任一方向上以4的因数变化。在硅的上下文中，术语“本征”指示1010原子/cm3或更少的掺杂物浓度。“轻度掺杂”指示介于1012原子/cm3与1014原子/cm3之间的范围内的浓度。“中度掺杂”指示介于1015原子/cm3(含)与1017原子/cm3(含)之间的范围内的浓度。“重度掺杂”指示介于1018原子/cm3与1021原子/cm3之间的范围内的浓度。“退化”指示足以提供与金属触点的欧姆(非整流)连接的掺杂水平(通常大于1020原子/cm3)。需注意的是，对于除硅之外的半导体，这些范围可能不同。具体实施方式本文公开的是具有新颖隐埋结架构的半导体器件以及相关制造方法。根据至少一些实施方案，所公开的隐埋结架构是晶体管漂移区的一部分，该晶体管漂移区具有上漂移层、下漂移层、以及上漂移层和下漂移层之间的隐埋结层。上漂移层和下漂移层具有第一掺杂类型(即，p型或n型掺杂)。同时，隐埋结层包括第一材料和第二材料的散布图案。第一材料具有与第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，并且第二材料具有第一掺杂类型并且具有与上漂移层和下漂移层不同的掺杂浓度(即，第二材料相对于第一材料反向掺杂)。在一些实施方案中，第一材料首先被散布，然后至少第二材料填充隐埋结层的剩余空间。在其他实施方案中，第二材料首先被散布，然后至少第一材料填充隐埋结层的剩余空间。不同隐埋结架构选项是可能的，包括不同数量的隐埋结层、不同散布图案、不同掺杂物和反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，其特征在于包括：三个端子；所述三个端子中的两个端子之间的漂移区，其中所述漂移区包括上漂移层、下漂移层、以及所述上漂移层和所述下漂移层之间的隐埋结层，其中所述上漂移层和所述下漂移层具有第一掺杂类型，并且其中所述隐埋结层包括第一材料和第二材料的散布图案，所述第一材料具有与所述第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，并且所述第二材料具有所述第一掺杂类型并且具有与所述上漂移层和所述下漂移层不同的掺杂浓度。

【技术特征摘要】
2017.07.20 US 15/655,5321.一种半导体器件，其特征在于包括：三个端子；所述三个端子中的两个端子之间的漂移区，其中所述漂移区包括上漂移层、下漂移层、以及所述上漂移层和所述下漂移层之间的隐埋结层，其中所述上漂移层和所述下漂移层具有第一掺杂类型，并且其中所述隐埋结层包括第一材料和第二材料的散布图案，所述第一材料具有与所述第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，并且所述第二材料具有所述第一掺杂类型并且具有与所述上漂移层和所述下漂移层不同的掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述漂移区包括多个隐埋结层，在相邻隐埋结层之间具有中间漂移层，其中每个隐埋结层包括第一材料和第二材料的散布图案，所述第一材料具有与所述第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，并且所述第二材料具有所述第一掺杂类型并且具有与所述上漂移层和所述下漂移层不同的掺杂浓度。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于与所述多个隐埋结层对应的所述散布图案被对准。4.根据权利要求1-3中任一项所述的半导体器件，其特征在于所述散布图案包括由所述第二材料分开的所述第一材料的间隔岛。5.根据权利要求1-3中任一项所述的半导体器件，其特征在于所述散布图案包括由所述第二材料分开的所述第一材...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫·N·沃尔，李孟佳，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US