半导体功率器件制造技术

在一般的方面，一种功率半导体器件可包括碳化硅(SiC)衬底以及设置在所述SiC衬底上的SiC外延层。所述器件还可包括设置在所述SiC外延层中的阱区以及设置在所述阱区中的源极区。所述器件还可包括设置在所述SiC外延层中并与所述源极区相邻的栅极沟槽，所述栅极沟槽的深度大于所述阱区的深度并且小于所述SiC外延层的深度。所述器件还可包括设置在所述栅极沟槽的侧壁以及所述栅极沟槽的底部表面上的混合栅极电介质。所述混合栅极电介质可包括第一高k介电材料和第二高k介电材料。所述器件还可包括设置在所述混合栅极电介质上的导电栅极电极。

Semiconductor power device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体功率器件相关申请的交叉引用本申请要求2016年5月18日提交的名称为“HybridGateDielectricForSemiconductorPowerDevices(用于半导体功率器件的混合栅极电介质)”的美国申请15/158,214的优先权和权益，该美国申请要求2015年5月20日提交的名称为“HybridHigh-KGateDielectricsForSemiconductorPowerDevices(用于半导体功率器件的混合高K栅极电介质)”的美国临时申请62/164,252的优先权和权益，这些申请的内容据此全文以引用方式并入。本申请要求2015年5月20日提交的名称为“HybridHigh-KGateDielectricsForSemiconductorPowerDevices(用于半导体功率器件的混合高K栅极电介质)”的美国临时申请62/164,252的优先权和权益，该申请的内容据此全文以引用方式并入。
本说明书涉及功率半导体器件。具体地讲，本说明书涉及功率半导体器件，例如在碳化硅衬底中实现的具有混合高k栅极电介质的功率半导体器件。
技术实现思路
在一般的方面，功率半导体器件可包括第一导电类型的碳化硅(SiC)衬底以及设置在该SiC衬底上的第一导电类型的SiC外延层。该SiC外延层可具有与该SiC衬底的掺杂浓度不同的掺杂浓度。功率半导体器件还可包括设置在SiC外延层中的第二导电类型的阱区，设置在阱区中的第一导电类型的源极区，以及设置在SiC外延层中并且与源极区相邻的栅极沟槽。栅极沟槽的深度可大于阱区的深度并且小于SiC外延层的深度。功率半导体器件还可包括设置在栅极沟槽的侧壁以及栅极沟槽的底部表面上的混合栅极电介质。混合栅极电介质可包括第一高k介电材料和不同于第一高k介电材料的第二高k介电材料。功率半导体器件可更进一步包括设置在混合栅极电介质上的导电栅极电极。实施方式可包括以下特征中的一个或多个。例如，第一高k介电材料可被包括在设置在栅极沟槽的侧壁和栅极沟槽的底部表面上的混合栅极电介质的第一层中。第二高k介电材料可被包括在设置在混合栅极电介质的第一层上的混合栅极电介质的第二层中。混合栅极电介质可包括设置在栅极沟槽的至少一部分和第一高k介电材料之间的界面介电层。界面介电层可包括热生长二氧化硅(SiO2)层。混合栅极电介质可包括第一高k介电材料和第二高k介电材料的复合物。第一高k介电材料和第二高k介电材料的相应浓度可在混合栅极电介质的厚度上变化。混合栅极电介质可包括第三高k介电材料。第一高k介电材料可被包括在设置在栅极沟槽的侧壁和及栅极沟槽的底部表面上的混合栅极电介质的第一层中。第二高k介电材料可被包括在设置在混合栅极电介质的第一层上的混合栅极电介质的第二层中。第三高k介电材料可被包括在设置在混合栅极电介质的第二层上的混合栅极电介质的第三层中。第一高k介电材料和第三高k介电材料可以是相同的高k介电材料。混合栅极电介质可包括第三高k介电材料，其中混合栅极电介质包括第一高k介电材料、第二高k介电材料和第三高k介电材料的复合物。第一高k介电材料、第二高k介电材料和第三高k介电材料的相应浓度可在混合栅极电介质的厚度上变化。导电栅极电极可包括掺杂多晶硅、金属和硅化物中的至少一种。功率半导体器件可包括设置在导电栅极电极上的介电盖。功率半导体器件可包括设置在阱区中并与源极区相邻的第二导电类型的重体区。重体区的掺杂浓度可大于阱区的掺杂浓度。在另一个一般的方面，功率半导体器件可包括第一导电类型的碳化硅(SiC)衬底以及设置在该SiC衬底上的第一导电类型的SiC外延层。SiC外延层可具有与SiC衬底的掺杂浓度不同的掺杂浓度。功率半导体器件还可包括设置在SiC外延层中的第二导电类型的阱区，设置在阱区中的第一导电类型的源极区，设置在阱区中的第一导电类型的漏极区，以及设置在SiC外延层上的栅极结构。栅极结构可在源极区和漏极区之间延伸。栅极结构可设置在源极区的一部分和漏极区的一部分上。栅极结构可包括设置在SiC外延层上的混合栅极电介质。混合栅极电介质可包括第一高k介电材料和第二高k介电材料。栅极结构还可包括设置在混合栅极电介质上的导电栅极电极。实施方式可包括以下特征中的一个或多个。例如，第一高k介电材料可被包括在设置在SiC外延层上的混合栅极电介质的第一层中。第二高k介电材料可被包括在设置在混合栅极电介质的第一层上的混合栅极电介质的第二层中。混合栅极电介质可包括第一高k介电材料和第二高k介电材料的复合物。混合栅极电介质可包括第三高k介电材料。第一高k介电材料可被包括在设置在SiC外延层上的混合栅极电介质的第一层中。第二高k介电材料可被包括在设置在混合栅极电介质的第一层上的该混合栅极电介质的第二层中。第三高k介电材料可被包括在设置在混合栅极电介质的第二层上的该混合栅极电介质的第三层中。混合栅极电介质可包括第一高k介电材料、第二高k介电材料和第三高k介电材料的复合物。在另一个一般的方面，功率半导体器件可包括第一导电类型的碳化硅(SiC)衬底。SiC衬底可包括功率半导体器件的漏极区。功率半导体器件还可包括设置在SiC衬底上的第一导电类型的SiC外延层。SiC外延层可具有与SiC衬底的掺杂浓度不同的掺杂浓度。功率半导体器件还可包括设置在SiC外延层中的第二导电类型的第一阱区，以及设置在SiC外延层中的第二导电类型的第二阱区。功率半导体器件还可包括设置在第一阱区中的第一导电类型的第一源极区，以及设置在第二阱区中的第一导电类型的第二源极区。功率半导体器件可更进一步包括设置在SiC外延层上的栅极结构。栅极结构可在第一源极区和第二源极区之间延伸。栅极结构可设置在第一源极区的一部分和第二源极区的一部分上。栅极结构可包括设置在SiC外延层上的混合栅极电介质。混合栅极电介质还可包括第一高k介电材料和第二高k介电材料。栅极结构可更进一步包括设置在混合栅极电介质上的导电栅极电极。实施方式可包括以下特征中的一个或多个。例如，第一高k介电材料可被包括在设置在SiC外延层上的混合栅极电介质的第一层中。第二高k介电材料可被包括在设置在混合栅极电介质的第一层上的该混合栅极电介质的第二层中。混合栅极电介质可包括第一高k介电材料和第二高k介电材料的复合物。混合栅极电介质可包括第三高k介电材料。第一高k介电材料可被包括在设置在SiC外延层上的混合栅极电介质的第一层中。第二高k介电材料可被包括在设置在混合栅极电介质的第一层上的该混合栅极电介质的第二层中。第三高k介电材料可被包括在设置在混合栅极电介质的第二层上的该混合栅极电介质的第三层中。混合栅极电介质可包括第一高k介电材料、第二高k介电材料和第三高k介电材料的复合物。附图说明图1是根据实施方式的示出具有混合高k栅极电介质的碳化硅(SiC)沟槽栅极场效应晶体管(FET)的剖视图。图2是根据实施方式的示出具有混合高k栅极电介质的横向SiC平面栅极FET的剖视图。图3A-图3C是根据相应实施方式的示出可在SiC半导体功率器件中实现的混合高k栅极电介质的剖视示意图。图4是根据实施方式的示出具有包括混合高k栅极电介质的平面栅极的竖直SiCFET的剖视图。图5A-图5H是根据实施方式的示出用于制造具有混合栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件，其特征在于，包括：第一导电类型的碳化硅SiC衬底，所述SiC衬底包括所述功率半导体器件的漏极区；设置在所述SiC衬底上的所述第一导电类型的SiC外延层，所述SiC外延层的掺杂浓度不同于所述SiC衬底的掺杂浓度；设置在所述SiC外延层中的第二导电类型的第一阱区；设置在所述SiC外延层中的所述第二导电类型的第二阱区；设置在所述第一阱区中的所述第一导电类型的第一源极区；设置在所述第二阱区中的所述第一导电类型的第二源极区；设置在所述SiC外延层上的栅极结构，所述栅极结构在所述第一源极区和所述第二源极区之间延伸，所述栅极结构被设置在所述第一源极区的一部分以及所述第二源极区的一部分上，所述栅极结构包括：混合栅极电介质，所述混合栅极电介质包括第一高k介电材料和第二高k介电材料；界面介电层，所述界面介电层设置在所述混合栅极电介质和所述SiC外延层之间，所述界面介电层包括热生长的二氧化硅SiO2层；和设置在所述混合栅极电介质上的导电栅极电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.20 US 62/164,252;2016.05.18 US 15/158,2141.一种功率半导体器件，其特征在于，包括：第一导电类型的碳化硅SiC衬底，所述SiC衬底包括所述功率半导体器件的漏极区；设置在所述SiC衬底上的所述第一导电类型的SiC外延层，所述SiC外延层的掺杂浓度不同于所述SiC衬底的掺杂浓度；设置在所述SiC外延层中的第二导电类型的第一阱区；设置在所述SiC外延层中的所述第二导电类型的第二阱区；设置在所述第一阱区中的所述第一导电类型的第一源极区；设置在所述第二阱区中的所述第一导电类型的第二源极区；设置在所述SiC外延层上的栅极结构，所述栅极结构在所述第一源极区和所述第二源极区之间延伸，所述栅极结构被设置在所述第一源极区的一部分以及所述第二源极区的一部分上，所述栅极结构包括：混合栅极电介质，所述混合栅极电介质包括第一高k介电材料和第二高k介电材料；界面介电层，所述界面介电层设置在所述混合栅极电介质和所述SiC外延层之间，所述界面介电层包括热生长的二氧化硅SiO2层；和设置在所述混合栅极电介质上的导电栅极电极。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中：所述第一高k介电材料被包括在设置在所述SiC外延层上的所述混合栅极电介质的第一层中；并且所述第二高k介电材料被包括在设置在所述混合栅极电介质的所述第一层上的所述混合栅极电介质的第二层中。3.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述混合栅极电介质包括所述第一高k介电材料和所述第二高k介电材料的复合物。4.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述混合栅极电介质进一步包括第三高k介电材料。5.根据权利要求4所述的功率半导体器件，其中：所述第一高k介电材料被包括在设置在所述SiC外延层上的所述混合栅极电介质的第一层中；所述第二高k介电材料被包括在设置在所述混合栅极电介质的所述第一层上的所述混合栅极电介质的第二层中；并且所述第三高k介电材料被包括在设置在所述混合栅极电介质的所述第二层上的所述混合栅极电介质的第三层中。6.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述混合栅极电介质进一步包括第三高k介电材料，所述混合栅极电介质包括所述第一高k介电材料、所述第二高k介电材料和所述第三高k介电材料的复合物。7.根据权利要求3所述的功率半导体器件，其中所述第一高k介电材料和所述第二高k介电材料的相应浓度在所述混合栅极电介质的厚度上变化。8.根据权利要求5所述的功率半导体器件，其中所述第一高k介电材料和所述第三高k介电材料是相同高k介电材料。9.根据权利要求6所述的功率半导体器件，其中所述第一高k介电材料、所述第二高k介电材料和所述第三高k介电材料的相应浓度在所述混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨尔曼·阿克拉姆，文卡特·阿南坦，
申请(专利权)人：快捷半导体公司，
类型：新型
国别省市：美国,US