纳米片功率器件的结构、制造方法及电力电子设备技术

一种纳米片功率器件的结构、制造方法及电力电子设备，属于半导体技术领域，通过纳米片堆叠部位于隔离层的上表面，在水平面呈H型，包括平行交替设置的多个牺牲层和多个第二纳米片层；在第二纳米片层中，第一半导体类型区、第二半导体类型区、第三半导体类型区以及第四半导体类型区沿横向方向依次排列，且第二半导体类型区位于H型的横线位置的中间；在垂直方向上与第二半导体类型区重叠的牺牲层的区域镂空，且在镂空区域环绕第二半导体类型区设置栅极结构；第一纳米片层位于隔离层的下表面，在第一纳米片层中，第五半导体类型区、第六半导体类型区以及第七半导体类型区沿横向方向依次排列；提高了开关速度，简化了工艺。简化了工艺。简化了工艺。

【技术实现步骤摘要】
纳米片功率器件的结构、制造方法及电力电子设备


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

技术介绍

[0002]相关的纳米片功率器件，为提高开关速度，采用绝缘闸双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)和快恢复二极管并联的方式。
[0003]然而，将传统的IGBT和快恢复二极管并联由于两者间的寄生效应影响了功率器件开关速度；且需透过额外绕线连接快恢复二极管和IGBT管，从而增加了寄生电容进一步影响了功率器件开关速度，且工艺复杂。
[0004]故相关的纳米片功率器件存在开关速度慢和工艺复杂的缺陷。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种纳米片功率器件的结构、制造方法及电力电子设备，旨在解决相关的纳米片功率器件开关速度慢和工艺复杂的问题。
[0006]本申请实施例提供了一种纳米片功率器件的结构，包括隔离层、第一纳米片层、纳米片堆叠部以及栅极结构；
[0007]所述纳米片堆叠部位于所述隔离层的上表面，在水平面呈H型，包括平行交替设置的多个牺牲层和多个第二纳米片层；其中，在所述第二纳米片层中，第一半导体类型区、第二半导体类型区、第三半导体类型区以及第四半导体类型区沿横向方向依次排列，且所述第二半导体类型区位于所述H型的横线位置的中间；
[0008]在垂直方向上与所述第二半导体类型区重叠的所述牺牲层的区域镂空，且在镂空区域环绕所述第二半导体类型区设置所述栅极结构；
[0009]所述第一纳米片层位于所述隔离层的下表面，在所述第一纳米片层中，第五半导体类型区、第六半导体类型区以及第七半导体类型区沿横向方向依次排列。
[0010]在其中一个实施例中，在水平面上，所述栅极结构向上和向下延伸以形成所述栅极结构的延伸部，在所述延伸部和所述H型的两个竖线之间设置支撑部。
[0011]在其中一个实施例中，所述第一半导体类型区为高掺杂第一N型区，所述第二半导体类型区为高掺杂第一P型区，所述第三半导体类型区为低掺杂第一N型区，所述第四半导体类型区为高掺杂第二P型区，所述第五半导体类型区为高掺杂第三P型区，第六半导体类型区为低掺杂第二N型区，第七半导体类型区为高掺杂第三N型区。
[0012]在其中一个实施例中，所述第一半导体类型区和所述第六半导体类型区共同作为所述纳米片功率器件的发射极，所述栅极结构作为所述纳米片功率器件的栅极，所述第四半导体类型区和所述第七半导体类型区共同作为所述纳米片功率器件的集电极。
[0013]本申请实施例还提供了一种纳米片功率器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
[0014]步骤A：在衬底上表面形成第一纳米片层；在所述第一纳米片层中，第五半导体类型区、第六半导体类型区以及第七半导体类型区沿横向方向依次排列。
[0015]步骤B：在所述第一纳米片层上表面形成隔离层；
[0016]步骤C：在所述隔离层上表面或第二纳米片层上表面形成牺牲层；
[0017]步骤D：在所述牺牲层上表面形成所述第二纳米片层；其中，在所述第二纳米片层中，第一半导体类型区、第二半导体类型区、第三半导体类型区以及第四半导体类型区沿横向方向依次排列；
[0018]重复执行n次步骤C至步骤D，以形成纳米片堆叠部；所述n为大于1的自然数；
[0019]步骤E：通过显像使所述纳米片堆叠部呈H型；其中，所述第二半导体类型区位于所述H型的横线位置的中间；
[0020]步骤F：在所述H型的两个竖线的内侧形成支撑部；
[0021]步骤G：移除在垂直方向上与所述第二半导体类型区重叠的所述牺牲层，以形成镂空区域；
[0022]步骤H：在所述镂空区域和所述H型的空隙区域填充导电材料以形成栅极结构。
[0023]在其中一个实施例中，当第一次执行步骤C时，步骤C具体为：
[0024]在所述隔离层上表面形成牺牲层；
[0025]当非第一次执行步骤C时，步骤C具体为：
[0026]在所述第二纳米片层上表面形成牺牲层。
[0027]在其中一个实施例中，所述第一半导体类型区为高掺杂第一N型区，所述第二半导体类型区为高掺杂第一P型区，所述第三半导体类型区为低掺杂第一N型区，所述第四半导体类型区为高掺杂第二P型区，所述第五半导体类型区为高掺杂第三P型区；所述步骤D包括：
[0028]在所述牺牲层上表面形成第一单晶硅层；
[0029]在第一单晶硅层上表面离子注入以形成沿横向方向依次排列的所述高掺杂第一N型区、所述高掺杂第一P型区、所述低掺杂第二N型区以及所述高掺杂第二P型区。
[0030]在其中一个实施例中，所述第五半导体类型区为高掺杂第三P型区，第六半导体类型区为低掺杂第二N型区，第七半导体类型区为高掺杂第三N型区；所述步骤A包括：
[0031]在所述牺牲层上表面形成第二单晶硅层；
[0032]在第二单晶硅层上表面离子注入以形成沿横向方向依次排列的所述高掺杂第三P型区、所述低掺杂第二N型区以及所述高掺杂第三N型区。
[0033]在其中一个实施例中，所述步骤F包括：
[0034]在所述H型的凹槽位置填充间隔层材料以形成间隔层；
[0035]移除所述间隔层中与所述第二半导体类型区在纵向方向的延伸区域以使剩余的所述间隔层形成支撑部。
[0036]在其中一个实施例中，所述步骤H包括：
[0037]通过气相沉积或溅射在所述镂空区域和所述H型的空隙区域填充导电材料以形成栅极结构。
[0038]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纳米片功率器件的结构。
[0039]本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：由于第五半导体类型区、第六半导体类型区以及第七半导体类型区形成快恢复二极管，第一半导体类型区、第二半导体类型区、第三半导体类型区以及第四半导体类型区形成IGBT管，从而构成并联快恢复二极管的IGBT管；快恢复二极管和IGBT管之间具备隔离层，提高了纳米片功率器件开关速度；且无需透过额外绕线连接快恢复二极管和IGBT管，减小了寄生电容，进一步提高了纳米片功率器件开关速度，并简化了工艺。
附图说明
[0040]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。
[0041]图1为本申请一实施例提供的纳米片功率器件的结构的一种立体结构示意图；
[0042]图2为本申请实施例提供的纳米片功率器件的制造方法中形成第一纳米片层的一种示意图；
[0043]图3为本申请实施例提供的纳米片功率器件的制造方法中形成隔离层的一种示意图；
[0044]图4为本申请实施例提供的纳米片功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米片功率器件的结构，其特征在于，包括隔离层、第一纳米片层、纳米片堆叠部以及栅极结构；所述纳米片堆叠部位于所述隔离层的上表面，在水平面呈H型，包括平行交替设置的多个牺牲层和多个第二纳米片层；其中，在所述第二纳米片层中，第一半导体类型区、第二半导体类型区、第三半导体类型区以及第四半导体类型区沿横向方向依次排列，且所述第二半导体类型区位于所述H型的横线位置的中间；在垂直方向上与所述第二半导体类型区重叠的所述牺牲层的区域镂空，且在镂空区域环绕所述第二半导体类型区设置所述栅极结构；所述第一纳米片层位于所述隔离层的下表面，在所述第一纳米片层中，第五半导体类型区、第六半导体类型区以及第七半导体类型区沿横向方向依次排列。2.如权利要求1所述的纳米片功率器件的结构，其特征在于，在水平面上，所述栅极结构向上和向下延伸以形成所述栅极结构的延伸部，在所述延伸部和所述H型的两个竖线之间设置支撑部。3.如权利要求1所述的纳米片功率器件的结构，其特征在于，所述第一半导体类型区为高掺杂第一N型区，所述第二半导体类型区为高掺杂第一P型区，所述第三半导体类型区为低掺杂第一N型区，所述第四半导体类型区为高掺杂第二P型区，所述第五半导体类型区为高掺杂第三P型区，第六半导体类型区为低掺杂第二N型区，第七半导体类型区为高掺杂第三N型区。4.如权利要求1所述的纳米片功率器件的结构，其特征在于，所述第一半导体类型区和所述第六半导体类型区共同作为所述纳米片功率器件的发射极，所述栅极结构作为所述纳米片功率器件的栅极，所述第四半导体类型区和所述第七半导体类型区共同作为所述纳米片功率器件的集电极。5.一种纳米片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：在衬底上表面形成第一纳米片层；在所述第一纳米片层中，第五半导体类型区、第六半导体类型区以及第七半导体类型区沿横向方向依次排列。步骤B：在所述第一纳米片层上表面形成隔离层；步骤C：在所述隔离层上表面或第二纳米片层上表面形成牺牲层；步骤D：在所述牺牲层上表面形成所述第二纳米片层；其中，在所述第二纳米片层中，第一半导体类型区、第二半导体类型区、第三半导体类型区以及第四半导体类型区沿横向方向依次排列；重复执行n次步骤C至步...

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