复合功率器件的结构、制造方法及电力电子设备技术

一种复合功率器件的结构、制造方法及电力电子设备，属于半导体技术领域，通过包括平行于水平面设置的n个堆叠层；n为大于1的自然数；在每个堆叠层中，在横向方向上和在纵向方向上，均间隔设置多个功率元件；在垂直于水平面的方向，相邻的堆叠层的相邻行的多个功率元件交错设置，且相邻的堆叠层的相邻列的多个功率元件交错设置；故通过交错布局的立体并联结构，在单位面积内制造更多的并联的功率元件，以在单位面积内实现更大的电流的驱动，提高了复合功率器件的效能。复合功率器件的效能。复合功率器件的效能。

【技术实现步骤摘要】
复合功率器件的结构、制造方法及电力电子设备


[0001]本申请属于半导体
，尤其涉及一种复合功率器件的结构、制造方法及电力电子设备。

技术介绍

[0002]电力电子设备使用了大量的功率元件，例如，纵向双扩散金属氧化物半导体(Vertical Double
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Diffusion Metal
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oxide
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semiconductor，VDMOS)或绝缘栅双极型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。为了提供大电流，需要将多个功率元件并联使用，这就提出了复合功率器件的需求。
[0003]在设计复合功率器件时，在单位面积内设置更多的并联的功率元件成为该领域的热点问题。然而，受限于掺杂工艺的极限，两个功率元件的掺杂区域间必须保留足够的距离才能保证复合功率器件的效能。
[0004]目前，相关的复合功率器件有两种。
[0005]第一种，使用更先进的工艺可以缩小两个功率元件的掺杂区域间的距离，以增加单位面积内的功率元件的数量。例如，将0.25um的制程改良为0.18um的制程或0.13um的制程。
[0006]第二种，设计特殊形状的功率元件，以增加单位面积内可以容纳功率元件的个数。例如，设计六角形金属
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氧化物半导体场效应晶体管(Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
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Effect Transistor,MOSFET)。
[0007]然而，第一种方式易受到半导体制造设备的制程工艺的制约，第二种方式无法应用常规形状的功率元件，故复合功率器件的效能无法得到提升。

技术实现思路

[0008]本申请的目的在于提供一种复合功率器件的结构、制造方法及电力电子设备，旨在解决相关的复合功率器件的效能无法得到提升的问题。
[0009]本申请实施例提供了一种复合功率器件的结构，包括：
[0010]包括平行于水平面设置的n个堆叠层；所述n为大于1的自然数；
[0011]在每个所述堆叠层中，在横向方向上和在纵向方向上，均间隔设置多个功率元件；
[0012]在垂直于水平面的方向，相邻的所述堆叠层的相邻行的多个所述功率元件交错设置，且相邻的所述堆叠层的相邻列的多个所述功率元件交错设置。
[0013]在其中一个实施例中，奇数层的所述堆叠层中的多个所述功率元件为第一功率元件；
[0014]偶数层的所述堆叠层中的多个所述功率元件为第二功率元件。
[0015]在其中一个实施例中，所述n个堆叠层中的各个所述功率元件的栅极相连接，所述n个堆叠层中的各个所述功率元件的漏极相连接，所述n个堆叠层中的各个所述功率元件的源极相连接。
[0016]本申请实施例还提供一种复合功率器件的制造方法，所述制造方法包括：
[0017]步骤A：提供衬底或生长外延层；
[0018]步骤B：在所述衬底或所述外延层上形成多个功率元件，多个所述功率元件在横向方向上和在纵向方向上均间隔设置；
[0019]步骤C：在多个所述功率元件的源极和多个所述功率元件的栅极依次生长刻蚀停止层和金属接触层；
[0020]步骤D：形成与多个所述功率元件的漏极连接的第一通孔，且在所述衬底或所述外延层上表面生长与所述第一通孔连接的第一金属层；
[0021]步骤E：在多个所述功率元件上表面生长介电层；
[0022]步骤F：在所述介电层内部形成与所述第一金属层连接的第二通孔；
[0023]重复执行n次步骤A至步骤F，以形成n个堆叠层；所述n为大于1的自然数；
[0024]步骤G：在所述外延层内部和所述介电层内部形成与多个所述功率元件的源极连接的多个第三通孔；在所述外延层内部和所述介电层内部形成与多个所述功率元件的栅极连接的多个第四通孔；
[0025]步骤H：在第n个所述堆叠层上表面形成第二金属层；其中，所述第二金属层连接多个所述第三通孔，且连接多个所述第四通孔。
[0026]在其中一个实施例中，当形成奇数层所述堆叠层时，所述步骤B具体为：通过第一组半导体工艺在所述衬底或所述外延层上形成多个第一功率元件，多个所述第一功率元件在横向方向上和在纵向方向上均间隔设置；
[0027]当形成偶数层所述堆叠层时，所述步骤B具体为：通过第二组半导体工艺在所述衬底或所述外延层上上形成多个第二功率元件，多个所述第二功率元件在横向方向上和在纵向方向上均间隔设置。
[0028]在其中一个实施例中，所述步骤C包括：
[0029]在多个所述功率元件的源极和多个所述功率元件的栅极沉积所述刻蚀停止层；
[0030]在所述刻蚀停止层上表面生长所述金属接触层。
[0031]在其中一个实施例中，所述步骤D包括：
[0032]通过刻蚀形成与多个所述功率元件的漏极连接的第一通孔，且在所述第一通孔中填充金属；
[0033]通过气相沉积或溅射在所述衬底或所述外延层上表面生长与所述第一通孔连接的所述第一金属层。
[0034]在其中一个实施例中，所述步骤H包括：
[0035]在第n个所述堆叠层上表面形成第三金属层；
[0036]通过显像在所述第三金属层形成所述第二金属层；
[0037]其中，所述第二金属层连接多个所述第三通孔，且连接多个所述第四通孔。
[0038]在其中一个实施例中，相邻所述堆叠层中，上层所述堆叠层中的各个所述功率元件的漏极与下层所述堆叠层中的所述第二通孔连接。
[0039]本申请实施例还提供一种电力电子设备，所述电力电子设备包括上述的复合功率器件的结构。
[0040]本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：由于在垂直于水平面的方向，
相邻的堆叠层的相邻行的多个功率元件交错设置，且相邻的堆叠层的相邻列的多个功率元件交错设置；故通过交错布局的立体并联结构，可以在单位面积内制造更多的并联的功率元件，以在单位面积内实现更大的电流的驱动，提高了复合功率器件的效能。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术专利技术，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]图1为本申请一实施例提供的复合功率器件的结构中每个堆叠层水平面的一种结构示意图；
[0043]图2为本申请一实施例提供的复合功率器件的结构的一种立体结构示意图；
[0044]图3为本申请实施例提供的复合功率器件的制造方法中提供衬底的一种示意图；
[0045]图4为本申请实施例提供的复合功率器件的制造方法中形成多个功率元件的一种示意图；
[0046]图5为本申请实施例提供的复合功率器件的制造方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合功率器件的结构，其特征在于，包括平行于水平面设置的n个堆叠层；所述n为大于1的自然数；在每个所述堆叠层中，在横向方向上和在纵向方向上，均间隔设置多个功率元件；在垂直于水平面的方向，相邻的所述堆叠层的相邻行的多个所述功率元件交错设置，且相邻的所述堆叠层的相邻列的多个所述功率元件交错设置。2.如权利要求1所述的复合功率器件的结构，其特征在于，奇数层的所述堆叠层中的多个所述功率元件为第一功率元件；偶数层的所述堆叠层中的多个所述功率元件为第二功率元件。3.如权利要求1所述的复合功率器件的结构，其特征在于，所述n个堆叠层中的各个所述功率元件的栅极相连接，所述n个堆叠层中的各个所述功率元件的漏极相连接，所述n个堆叠层中的各个所述功率元件的源极相连接。4.一种复合功率器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：步骤A：提供衬底或生长外延层；步骤B：在所述衬底或所述外延层上形成多个功率元件，多个所述功率元件在横向方向上和在纵向方向上均间隔设置；步骤C：在多个所述功率元件的源极和多个所述功率元件的栅极依次生长刻蚀停止层和金属接触层；步骤D：形成与多个所述功率元件的漏极连接的第一通孔，且在所述衬底或所述外延层上表面生长与所述第一通孔连接的第一金属层；步骤E：在多个所述功率元件上表面生长介电层；步骤F：在所述介电层内部形成与所述第一金属层连接的第二通孔；重复执行n次步骤A至步骤F，以形成n个堆叠层；所述n为大于1的自然数；步骤G：在所述外延层内部和所述介电层内部形成与多个所述功率元件的源极连接的多个第三通孔；在所述外延层内部和所述介电层内部形成与多个所述功率元件的栅极连接的多个第四通孔；步骤H：在第n个所述堆叠层...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾健忠，
申请(专利权)人：深圳天狼芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：