具有包括掩埋晶粒停止层的顶侧金属化结构的功率半导体装置制造方法及图纸

半导体装置包括在宽带隙半导体层结构上延伸的多个栅极指。在栅极指上形成金属间电介质图案，所述金属间电介质图案包括覆盖相应栅极指的多个电介质指。在金属间电介质图案上以及在宽带隙半导体层结构的上表面的暴露部分上设置顶侧金属化。顶侧金属化包括在金属间电介质图案上以及在宽带隙半导体层结构的上表面的暴露部分上的第一导电扩散阻挡层、在第一导电扩散阻挡层的上表面上的导电接触层和掩埋在导电接触层内的晶粒停止层。埋在导电接触层内的晶粒停止层。埋在导电接触层内的晶粒停止层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有包括掩埋晶粒停止层的顶侧金属化结构的功率半导体装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年3月14日提交的美国专利申请序列号No.16/353,313的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及半导体装置，并且更具体地，涉及功率半导体装置。

技术介绍

[0004]功率半导体装置用于携带大电流并支持高电压。在本领域中已知各种功率半导体装置，包括例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)、双极结晶体管(“BJT”)、绝缘栅双极晶体管(“IGBT”)、肖特基二极管、结势垒肖特基(“JBS”)二极管、合并p
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n肖特基(“MPS”)二极管、门极可关断晶闸管(“GTO”)、MOS控制晶闸管和各种其它装置。这些功率半导体装置通常由宽带隙半导体材料制成，宽带隙半导体材料诸如是基于碳化硅或氮化镓的材料(这里，术语“宽带隙半导体”包括具有至少1.4eV的带隙的任何半导体)。功率半导体装置被设计为阻止(在正向或反向阻止状态)或通过(在正向操作状态)大电压和/或电流。例如，在阻止状态下，功率半导体装置可以被设计为维持数百或数千伏的电位。
[0005]功率半导体装置可以具有横向结构或垂直结构。在具有横向结构的装置中，装置的端子(例如，用于功率MOSFET的漏极、栅极和源极端子)在半导体层结构的相同主表面(即，上部或下部)上。相反，在具有垂直结构的装置中，在半导体层结构的每个主表面上设置至少一个端子(例如，在垂直MOSFET中，源极和栅极可以位于半导体层结构的上表面上，并且漏极可以位于半导体层结构的底表面上)。垂直结构通常用于非常高的功率应用，因为垂直结构允许可以支持高电流密度并阻止高电压的厚半导体漂移层。这里，术语“半导体层结构”是指包括一个或多个半导体层的结构，一个或多个半导体层诸如是半导体衬底和/或半导体外延层。
[0006]传统的碳化硅功率装置通常具有其上形成有外延层结构的碳化硅衬底，诸如碳化硅晶片。该外延层结构(可以包括一个或多个分开的层)用作功率半导体装置的漂移区。该装置通常包括“有源区”，有源区包括具有p
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n结和/或肖特基结的一个或多个功率半导体装置。有源区可以形成在漂移区上和/或中。有源区充当用于阻止反向偏置方向上的电压并在正向偏置方向上提供电流流动的主结。功率半导体装置可以具有单位单元结构，其中每个功率半导体装置的有源区包括并联电连接以用作单个功率半导体装置的大量的单独的“单位单元”装置。在高功率应用中，这种装置可以包括数千或数万个单位单元。

技术实现思路

[0007]依据本专利技术的实施例，提供了半导体装置，所述半导体装置包括宽带隙半导体层结构以及在宽带隙半导体层结构的上表面上的顶侧金属化。顶侧金属化包括在宽带隙半导
体层结构的上表面上的第一导电扩散阻挡层、在第一导电扩散阻挡层的上表面上的导电接触层以及掩埋在导电接触层内的晶粒停止层。
[0008]在一些实施例中，半导体装置可以进一步包括在宽带隙半导体层结构上延伸的多个栅极指、在栅极指上的金属间电介质图案，所述金属间电介质图案包括覆盖相应栅极指的多个电介质指，所述金属间电介质图案包括开口。例如，半导体装置可以是在半导体层结构中具有多个源极区的MOSFET。在这样的实施例中，导电接触层是源极接触层，其在半导体层结构的第一侧并且电连接到源极区，并且半导体装置进一步包括在半导体层结构的与第一侧相对的第二侧的漏极接触件。在其它实施例中，半导体装置可以包括IGBT或HEMT。
[0009]在一些实施例中，晶粒停止层可以是第二导电扩散阻挡层。在这样的实施例中，第二导电扩散阻挡层可以包括钛。
[0010]在一些实施例中，晶粒停止层可以具有非平面上表面。
[0011]在一些实施例中，晶粒停止层可以是薄金属氧化物层。
[0012]在一些实施例中，晶粒停止层可以掩埋在源极接触层的上30％内。在一些实施例中，晶粒停止层的至少部分可以在从源极接触层的上表面起的1微米内。
[0013]在一些实施例中，晶粒停止层可以是不连续层。
[0014]在一些实施例中，晶粒停止层可以是第一晶粒停止层，并且半导体装置可以进一步包括第二晶粒停止层，该第二晶粒停止层也掩埋在导电接触层内。在一些实施例中，第一晶粒停止层可以是连续晶粒停止层，并且第二晶粒停止层可以是不连续晶粒停止层。在其它实施例中，第一和第二晶粒停止层可以各自包括连续晶粒停止层，或者可以各自包括不连续晶粒停止层。
[0015]晶粒停止层可以将源极接触层分成下部和上部。在一些实施例中，源极接触层的下部和上部两者均可以具有至少1.5微米的平均厚度，并且可以由相同的材料形成。
[0016]依据本专利技术的进一步实施例，提供了半导体装置，所述半导体装置包括：宽带隙半导体层结构，在其上表面中具有多个源极区；在宽带隙半导体层结构上延伸的多个栅极指；在宽带隙半导体层结构上的接触层；和掩埋在接触层内的晶粒停止层，晶粒停止层具有非平面上表面。在一些实施例中，接触层可以是源极接触层。
[0017]在一些实施例中，半导体装置可以进一步包括在栅极指上的金属间电介质图案，所述金属间电介质图案包括覆盖相应栅极指的多个电介质指，所述金属间电介质图案包括开口。在一些实施例中，晶粒停止层可以是导电扩散阻挡层。在一些实施例中，导电扩散阻挡层可以包括钛。
[0018]在一些实施例中，导电扩散阻挡层可以是第二导电扩散阻挡层，并且半导体装置可以进一步包括在金属间电介质图案上和半导体层结构上共形地形成的第一导电扩散阻挡层，使得第一导电扩散阻挡层在金属间电介质图案和源极接触层之间。
[0019]在一些实施例中，导电扩散阻挡层可以掩埋在源极接触层的上30％内和/或可以在从源极接触层的上表面起的1微米内。
[0020]在一些实施例中，导电扩散阻挡层将源极接触层分成下部和上部，并且源极接触层的下部和上部两者均具有至少1.5微米的平均厚度并且由铝形成。
[0021]依据本专利技术的更进一步的实施例，提供了制造半导体装置的方法，其中形成了宽带隙半导体层结构。然后，在宽带隙半导体层结构的上表面上形成金属图案。在金属图案上
形成金属间电介质图案，所述金属间电介质图案包括暴露宽带隙半导体层结构的上表面的开口。在金属间电介质图案上和宽带隙半导体层结构的暴露的上表面上形成第一导电扩散阻挡层。在第一导电扩散阻挡层的上表面上形成接触层的第一部分，所述接触层的第一部分包括第一材料。在接触层的第一部分上形成晶粒停止层。在晶粒停止层的上表面上形成接触层的第二部分，所述接触层的第二部分包括第一材料。然后可以(可选地)对源极接触层的第二部分执行包括湿蚀刻剂的工艺。
[0022]在一些实施例中，在源极接触层的第一部分上形成晶粒停止层可以包括在源极接触层的第一部分上形成导电扩散阻挡层。
[0023]在一些实施例中，在源极接触层的第一部分上形成晶粒停止层可以包括在源极接触层的第一部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置，包括：宽带隙半导体层结构；在所述宽带隙半导体层结构的上表面上的顶侧金属化，所述顶侧金属化包括：在所述宽带隙半导体层结构的上表面上的第一导电扩散阻挡层；在所述第一导电扩散阻挡层的上表面上的导电接触层；和在所述导电接触层内的晶粒停止层。2.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：在所述宽带隙半导体层结构上延伸的多个栅极指；和在所述栅极指上的金属间电介质图案，所述金属间电介质图案包括覆盖相应栅极指的多个电介质指，所述金属间电介质图案包括开口。3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述半导体装置包括MOSFET，多个源极区设置在所述半导体层结构中，其中所述导电接触层是所述半导体层结构的第一侧的源极接触层并且电连接到所述源极区，所述半导体装置还包括在所述半导体层结构的与所述第一侧相对的第二侧的漏极接触件。4.根据权利要求1
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3中的任一项所述的半导体装置，其中所述晶粒停止层包括第二导电扩散阻挡层。5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中所述第二导电扩散阻挡层包含钛、钨、钽、镍、铪和/或铟中的至少一种。6.根据权利要求1
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5中的任一项所述的半导体装置，其中所述晶粒停止层具有非平面上表面。7.根据权利要求1
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6中的任一项所述的半导体装置，其中所述晶粒停止层包括金属氧化物层。8.根据权利要求3
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7中的任一项所述的半导体装置，其中所述晶粒停止层掩埋在所述源极接触层的上30％内。9.根据权利要求3
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8中的任一项所述的半导体装置，其中所述晶粒停止层的至少部分在从所述源极接触层的上表面起的1微米内。10.根据权利要求1
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9中的任一项所述的半导体装置，其中所述晶粒停止层包括不连续层。11.根据权利要求1
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10中的任一项所述的半导体装置，其中所述晶粒停止层包括第一晶粒停止层，所述半导体装置还包括掩埋在所述导电接触层内的第二晶粒停止层。12.根据权利要求11所述的半导体装置，其中所述第一晶粒停止层包括连续晶粒停止层，并且所述第二晶粒停止层包括不连续晶粒停止层。13.根据权利要求11
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12中的任一项所述的半导体装置，其中所述第一晶粒停止层和第二晶粒停止层各自包括连续晶粒停止层。14.根据权利要求1
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13中的任一项所述的半导体装置，其中所述半导体装置包括绝缘栅双极结晶体管。15.根据权利要求3
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14中的任一项所述的半导体装置，其中所述晶粒停止层将所述源极接触层分成下部和上部，并且所述源极接触层的下部和上部两者均具有至少为2.0微米的平均厚度并且由相同的材料形成。
16.一种半导体装置，包括：宽带隙半导体层结构，在其上表面中具有多个源极区；在所述宽带隙半导体层结构上延伸的多个栅极指；在所述宽带隙半导体层结构上的接触层；和在所述接触层内的晶粒停止层，所述晶粒停止层具有非平面上表面。17.根据权利要求16所述的半导体装置，还包括：在所述栅极指上的金属间电介质图案，所述金属间电介质图案包括覆盖相应栅极指的多个电介质指，所述金属间电介质图案包括开口。18.根据权利要求17所述的半导体装置，其中所述晶粒停止层是导电扩散阻挡层。19.根据权利要求18所述的半导体装置，其中所述导电扩散阻挡层包括钛。20.根据权利要求18
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19中的任一项所述的半导体装置，其中所述导电扩散阻挡层包括第二导电扩散阻挡层，所述半导体装置还包括在所述金属间电介质图案上和所述半导体层结构上共形地形成的第一导电扩散阻挡层，使得所述第一导电扩散阻挡层在所述金属间电介质图案和所述接触层之间。21.根据权利要求18
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19中的任一项所述的半导体装置，其中所述导电扩散阻挡层掩埋在所述接触层的上30％内。22.根据权利要求18
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21中的任一项所述的半导体装置，其中所述导电扩散阻挡层的至少部分在从所述接触层的上表面起的1微米内。23.根据权利要求16
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22中...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：