超结功率器件制造技术

本实用新型专利技术提供一种超结功率器件，包括：第一导电类型的半导体衬底；第一导电类型的外延层；第二导电类型的柱结构，位于外延层内；体接触区，位于柱结构的顶部；栅极结构，位于外延层的部分上表面；源区，位于体接触区内；正面金属电极，位于体接触区、源区及层间介质层的表面；石墨烯层，位于半导体衬底的表面；背面金属电极，位于石墨烯层的表面。本实用新型专利技术的超结功率器件的生产成本相较于现有结构可有效降低，且石墨烯层的厚度可以控制在很小的范围，有利于器件的进一步小型化和进一步降低器件功耗；此外，本实用新型专利技术的超结功率器件可以有效降低器件的正向导通电阻，提高器件导通能力。

Superjunction power device

【技术实现步骤摘要】
超结功率器件
本技术涉及半导体器件领域，特别是涉及一种超结功率器件。
技术介绍
电能与我们的生活息息相关，电能的高效利用是现在电力电子技术的重要研究课题。功率器件是电力电子技术的核心，在我们的日常生活中发挥了越来越重要的作用。功率器件在电力电子技术中主要是作为开关电源来应用。理想的开关应该具有极高的耐压能力和优异的导电能力，同时还有具有快速关断的特点。20世纪90年代，随着超结技术的出现，打破了传统硅基高压器件的限制，在实现高耐压的同时，具备了优异的导通特性。为了进一步提升超结器件的导通能力，超结IGBT结构也得到应用。超结IGBT用p型集电极代替超结器件的漏极，变成双载流子输运器件，具有常规IGBT的性能。这个p型集电极通常是在n型衬底上形成MOSFET器件结构后对衬底背面进行研磨减薄，之后对研磨后的衬底进行离子注入掺杂而得到。如果衬底被研磨得太薄，不仅研磨所需的时间太长，而且研磨导致碎片的风险也急剧增加，且离子注入和注入后的高温退火会加剧碎片风险，因而现有技术中的p型掺杂层都比较厚，且注入的p型离子还容易扩散至n型衬底中，这些都会导致器件的导通电阻增大，导致器件性能降低；同时，现有的超结功率器件因其结构上的限制导致生产成本居高不下，严重制约了超结IGBT功率器件的进一步推广应用。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种超结功率器件，用于解决现有技术的超结功率器件的生产成本高和导通电阻大等问题。为实现上述目的及其它相关目的，本技术提供了一种超结功率器件，包括：第一导电类型的半导体衬底；第一导电类型的外延层，位于所述半导体衬底的部分上表面；第二导电类型的柱结构，位于所述外延层内，且沿所述外延层的厚度方向延伸；体接触区，位于所述外延层内，且位于所述柱结构的顶部；栅极结构，包括栅氧化层、栅极导电层和层间介质层，其中，所述栅氧化层位于所述外延层的上表面，所述栅极导电层位于所述栅氧化层的上表面，所述层间介质层位于所述栅极导电层的表面及侧壁；源区，位于所述体接触区内，所述源区被所述栅极结构部分覆盖；正面金属电极，位于所述体接触区、所述源区及所述层间介质层的表面；石墨烯层，位于所述半导体衬底远离所述外延层的表面；背面金属电极，位于所述石墨烯层远离所述半导体衬底的表面。可选地，所述石墨烯层的厚度为0.3～2nm。可选地，所述体接触区的横向尺寸大于所述柱结构的横向尺寸。可选地，所述源区的下表面和所述体接触区的下表面之间具有间距。可选地，所述柱结构和所述半导体衬底之间具有间距。可选地，所述外延层和所述半导体衬底之间还具有第一导电类型的缓冲层。可选地，所述第一导电类型为n型且所述柱结构为p型柱结构。在另一可选方案中，所述第一导电类型为p型且所述柱结构为n型柱结构。本技术还提供另一种超结功率器件，包括：第一导电类型的半导体衬底；第一导电类型的外延层，位于所述半导体衬底的上表面；第二导电类型的柱结构，位于所述外延层内，且沿所述外延层的厚度方向延伸；体接触区，位于所述外延层内，且位于所述柱结构的顶部；源区，位于所述体接触区内；沟槽，自所述源区向下延伸至所述外延层内；栅极结构，所述栅极结构包括栅氧化层、栅极导电层及层间介质层；其中，所述栅氧化层位于所述沟槽的侧壁及底部，所述栅极导电层位于所述栅氧化层面向沟槽一侧表面且填充所述沟槽，所述层间介质层位于所述栅极导电层的上表面；正面金属电极，位于所述源区及所述层间介质层的表面；石墨烯层，位于所述半导体衬底远离所述外延层的表面；背面金属电极，位于所述石墨烯层远离所述半导体衬底的表面。可选地，所述石墨烯层的厚度为0.3～2nm。可选地，所述体接触区的横向尺寸大于所述柱结构的横向尺寸。可选地，所述源区的下表面和所述体接触区的下表面之间具有间距。可选地，所述柱结构和所述半导体衬底之间具有间距。可选地，所述外延层和所述半导体衬底之间还具有第一导电类型的缓冲层。可选地，所述第一导电类型为n型且所述柱结构为p型柱结构。在另一可选方案中，所述第一导电类型为p型且所述柱结构为n型柱结构。如上所述，本技术提供一种超结功率器件，通过导入石墨烯层替代传统的超结功率器件中的p型掺杂层，不仅可以有效避免在形成p型掺杂层的研磨和掺杂工艺过程中导致的碎片风险，有利于降低器件的生产成本；且石墨烯层的厚度可以精确控制在很小的厚度范围，有利于器件的进一步小型化和进一步降低器件功耗；此外，本技术的超结功率器件可以有效降低器件的正向导通电阻，提高器件导通能力。附图说明图1显示为本技术实施例一中的超结功率器件的结构示意图。图2显示为本技术实施例二中的超结功率器件的结构示意图。元件标号说明101半导体衬底102外延层103柱结构104体接触区105栅氧化层106栅极导电层107源区108层间介质层109正面金属电极110背面金属电极120石墨烯层121体引出区具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其它优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，遂图示中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。实施例一请参阅图1，本技术提供一种超结功率器件，包括：第一导电类型的半导体衬底101；第一导电类型的外延层102，位于所述半导体衬底101的上表面；第二导电类型的柱结构103，位于所述外延层102内，且沿所述外延层102的厚度方向延伸；体接触区104，位于所述外延层102内，且位于所述柱结构103的顶部；栅极结构，包括栅氧化层105、栅极导电层106和层间介质层108，其中，所述栅氧化层105位于所述外延层102的部分上表面，所述栅极导电层106位于所述栅氧化层105的上表面，所述层间介质层108位于所述栅极导电层106的表面及侧壁；源区107，位于所述体接触区104内，所述源区107与所述栅极结构部分覆盖，即所述源区107仍有部分未被所述栅极结构覆盖而显露出来，且单个所述体接触区104内优选形成两个所述源区107，两个所述源区107之间具有间距；正面金属电极109，位于所述体接触区104、所述源区107及所述层间介本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超结功率器件，其特征在于，包括：/n第一导电类型的半导体衬底；/n第一导电类型的外延层，位于所述半导体衬底的上表面；/n第二导电类型的柱结构，位于所述外延层内，且沿所述外延层的厚度方向延伸；/n体接触区，位于所述外延层内，且位于所述柱结构的顶部；/n栅极结构，包括栅氧化层、栅极导电层和层间介质层，其中，所述栅氧化层位于所述外延层的部分上表面，所述栅极导电层位于所述栅氧化层的上表面，所述层间介质层位于所述栅极导电层的表面及侧壁；/n源区，位于所述体接触区内，所述源区被所述栅极结构部分覆盖；/n正面金属电极，位于所述体接触区、所述源区及所述层间介质层的表面；/n石墨烯层，位于所述半导体衬底远离所述外延层的表面；/n背面金属电极，位于所述石墨烯层远离所述半导体衬底的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种超结功率器件，其特征在于，包括：
第一导电类型的半导体衬底；
第一导电类型的外延层，位于所述半导体衬底的上表面；
第二导电类型的柱结构，位于所述外延层内，且沿所述外延层的厚度方向延伸；
体接触区，位于所述外延层内，且位于所述柱结构的顶部；
栅极结构，包括栅氧化层、栅极导电层和层间介质层，其中，所述栅氧化层位于所述外延层的部分上表面，所述栅极导电层位于所述栅氧化层的上表面，所述层间介质层位于所述栅极导电层的表面及侧壁；
源区，位于所述体接触区内，所述源区被所述栅极结构部分覆盖；
正面金属电极，位于所述体接触区、所述源区及所述层间介质层的表面；
石墨烯层，位于所述半导体衬底远离所述外延层的表面；
背面金属电极，位于所述石墨烯层远离所述半导体衬底的表面。


2.根据权利要求1所述的超结功率器件，其特征在于：所述石墨烯层的厚度为0.3～2nm。


3.根据权利要求1所述的超结功率器件，其特征在于：所述体接触区的横向尺寸大于所述柱结构的横向尺寸；所述源区的下表面和所述体接触区的下表面之间具有间距；所述柱结构和所述半导体衬底之间具有间距。


4.根据权利要求1所述的超结功率器件，其特征在于：所述外延层和所述半导体衬底之间还具有第一导电类型的缓冲层。


5.根据权利要求1至4任一项所述的超结功率器件，其特征在于：所述第一导电类型为n型且所述柱结构为p型柱结构；或所述第一导电类型为p型且所述柱结构为n型柱结构。


6....

【专利技术属性】
技术研发人员：薛忠营，徐大朋，柴展，罗杰馨，
申请(专利权)人：上海功成半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31