功率半导体器件及制造其的方法技术

一种功率半导体器件，包括：SiC半导体层；多个阱区，其设置在半导体层中，使得两个相邻的阱区至少部分地彼此接触；多个源区，其设置在半导体层中的多个阱区上；漂移区，其具有第一导电类型；多个沟槽，其设置为从半导体层的表面凹入半导体层中；栅绝缘层，其设置在每个沟槽的内壁上；栅电极层，其设置在栅绝缘层上，并且包括设置在每个沟槽中的第一部分和设置在半导体层上的第二部分；柱区，其位于多个阱区下方，以与漂移区接触；以及多个阱区，其设置在半导体层中，并且具有第二导电类型。并且具有第二导电类型。并且具有第二导电类型。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件及制造其的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年7月06日，2021年12月17日、2021年7月06日、2021年12月17日、2021年7月06日、2021年12月17日、2021年7月06日、2022年1月03日、2021年7月06日、2022年1月03日在韩国知识产权局提交的、申请号为10
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0088645、10
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0181266、10
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0088603、10
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0181267、10
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0088592、10
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0181268、10
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0088709、10
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2022
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0000357、10
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2021
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0088710、10
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2022
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0000358的韩国专利申请的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。


[0003]本公开涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种能够切换功率传输的功率半导体器件及制造其的方法。

技术介绍

[0004]功率半导体器件是指在高电压和高电流环境中工作的半导体器件。功率半导体器件已用于需要大功率切换的领域。例如，功率半导体器件已用于功率转换、功率转换器或逆变器。功率半导体器件可以包括绝缘栅双极晶体管(IGBT,insulated gate bipolar transistor)或功率金属氧化物半导体场效应晶体管(Power MOSFET,Power metal oxide semiconductor field effect transistor)。
[0005]功率半导体器件应满足高压特性并且应在较高温度下稳定运行。因此，已经对使用碳化硅(SiC)代替硅(Si)的功率半导体器件进行了积极的调查和研究。
[0006]碳化硅(SiC)是一种宽带隙半导体材料，其带隙高于硅(Si)的带隙，与硅(Si)相比，即使在更高的温度下碳化硅(SiC)也可以保持稳定性。此外，碳化硅(SiC)的介电击穿电场显著高于硅(Si)的介电击穿电场。因此，碳化硅(SiC)甚至可以在更高的电压下稳定工作。所以，碳化硅(SiC)具有比硅(Si)更高的击穿电压，并且表现出更优异的散热特性。从而，碳化硅(SiC)具有可操作的特性。
[0007]然而，在使用碳化硅(SiC)的功率半导体器件的情况下，由于栅极和碳化硅界面之间的界面中存在的陷阱产生的负电荷的影响，碳化硅(SiC)表面的带隙可以向上增加，因此增加阈值电压，从而增加沟道电阻。此外，仅通过现有的平面或沟槽结构来增加沟道密度是有限制的。

技术实现思路

[0008]本公开旨在解决现有技术中出现的上述问题，同时保持现有技术实现的优点不变。
[0009]本公开的实施例可以提供以下特征。
[0010]首先，当实现包括沟槽型栅极结构和平面型栅极结构的混合型结构时，电流可以流过沟道(或反型沟道)，该沟道设置在平面型栅电极层下方和沟槽型栅极结构的侧壁上，
从而增加沟道密度。
[0011]其次，在漂移区中形成柱区，从而形成超结，使得在外延层厚度相等的情况下，可以获得更高的击穿电压。
[0012]第三，在沟槽下方形成阱区以包围沟槽。因此，可以减小集中在沟槽拐角处的电场的大小。
[0013]第四，通过形成围绕沟槽相对拐角的阱区，可以减小集中在沟槽拐角处的电场。
[0014]第五，通过将杂质(杂质的导电类型与阱区的导电类型相反)部分地注入阱区，可以降低沟道电阻，从而实现反掺杂。
[0015]第六，通过将杂质(杂质的导电类型与漂移区的导电类型相同)注入到漂移区上部分的整个表面中，可以减小阱区附近的电流流动中的JFET电阻。
[0016]然而，上述目的是示例，本公开的范围和精神不限于此。
[0017]本公开要解决的技术问题不限于上述问题，本公开所属领域的技术人员通过以下描述将清楚地理解本文未提及的任何其他技术问题。
[0018]根据本公开的一个方面，一种功率半导体器件可以包括：碳化硅(SiC)半导体层；多个阱区，其设置在半导体层中，使得两个相邻的阱区至少部分地彼此接触，并且具有第二导电类型；多个源区，其分别设置在半导体层中的多个阱区上，并且具有与第二导电类型相反的第一导电类型；漂移区，其设置在半导体层中，同时从多个阱区的下部分穿过多个阱区之间的区域延伸至半导体层的表面，并且具有第一导电类型；多个沟槽，其设置为从半导体层的表面凹入半导体层中，其中每个沟槽将多个源区中的两个源区相互连接，并同时穿过多个阱区中相邻阱区之间的接触部分；栅绝缘层，其设置在多个沟槽中的每个沟槽的内壁上；栅电极层，其设置在栅绝缘层上，并且包括设置在多个沟槽中的每个沟槽中的第一部分和设置在半导体层上的第二部分；柱区，其位于多个阱区中的每个阱区的下方，以与半导体层中的漂移区和多个阱区接触，并且具有第二导电类型。
[0019]根据本公开的另一方面，一种用于制造功率半导体器件的方法可以包括：在碳化硅(SiC)半导体层中形成具有第一导电类型的漂移区；形成多个阱区，其设置在半导体层中，使得两个相邻的阱区至少部分地彼此接触，并且具有第二导电类型；形成柱区，其位于多个阱区中的每个阱区的下方，以与半导体层中的漂移区和多个阱区接触，并且具有第二导电类型；形成多个源区，其分别设置在半导体层中的多个阱区上，并且具有第一导电类型；形成多个沟槽，其设置为从半导体层的表面凹入半导体层中，其中每个沟槽将多个源区之中的两个源区相互连接，并同时穿过多个阱区之中相邻阱区之间的接触部分；形成栅绝缘层，其设置在多个沟槽中的每个沟槽的内壁上；以及形成栅电极层，其设置在栅绝缘层上，并且包括填充在多个沟槽中的每个沟槽中的第一部分和形成在半导体层上的第二部分。多个阱区可以形成为与漂移区接触，使得漂移区从多个阱区的下部分穿过多个阱区之间的区域延伸至半导体层的表面。
[0020]根据本公开的另一方面，一种功率半导体器件可以包括：碳化硅(SiC)半导体层；多个阱区，其设置在半导体层中，以彼此间隔开，并且具有第二导电类型；多个源区，其设置在多个阱区上的半导体层中，以彼此间隔开，并且具有与第二导电类型相反的第一导电类型；漂移区，其设置在半导体层中，并同时从多个阱区的下部分穿过多个阱区之间的区域延伸至半导体层的表面，并且具有第一导电类型；多个沟槽，其设置为从半导体层的表面凹入
半导体层中，其中每个沟槽将多个源区中的两个源区相互连接，并同时穿过多个阱区之间的空间；栅绝缘层，其设置在多个沟槽中的每个沟槽的内壁上；栅电极层，其设置在栅绝缘层上，并且包括设置在多个沟槽中的每本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件，包括：碳化硅(SiC)半导体层；多个阱区，其设置在所述半导体层中，使得两个相邻的阱区至少部分地彼此接触，并且具有第二导电类型；多个源区，其分别设置在所述半导体层中的所述多个阱区上，并且具有与所述第二导电类型相反的第一导电类型；漂移区，其设置在所述半导体层中，同时从所述多个阱区的下部分穿过所述多个阱区之间的区域延伸至所述半导体层的表面，并且具有所述第一导电类型；多个沟槽，其设置为从所述半导体层的表面凹入所述半导体层中，其中每个沟槽将所述多个源区中的两个源区相互连接，并同时穿过所述多个阱区中相邻阱区之间的接触部分；栅绝缘层，其设置在所述多个沟槽中的每个沟槽的内壁上；栅电极层，其设置在所述栅绝缘层上，并且包括设置在所述多个沟槽中的每个沟槽中的第一部分和设置在所述半导体层上的第二部分；柱区，其位于所述多个阱区中的每个阱区的下方，以与所述半导体层中的所述漂移区和所述多个阱区接触，并且具有所述第二导电类型。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中，所述漂移区包括在三个阱区之中延伸至所述半导体层的表面的突出部分，所述多个阱区中的所述三个阱区彼此相邻，并且，其中，所述栅电极层的第二部分设置在所述多个阱区之中相邻的阱区上和所述漂移区的所述突出部分上。3.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中，所述多个阱区包括彼此相邻的七个阱区，并且所述七个阱区的中心设置在正六边形的中心和顶点处，并且，其中，所述多个源区包括彼此相邻的七个源区，所述七个源区的中心设置在所述正六边形的中心和顶点处。4.根据权利要求3所述的功率半导体器件，其中，所述多个沟槽中的每一个包括线的部分，所述线的部分将设置在所述正六边形的中心和顶点的所述多个源区之中两个相邻的源区相互连接，使得所述七个相邻的源区被连接。5.根据权利要求1所述的功率半导体器件，还包括：第一沟道区，其设置在所述半导体层中，对应于所述栅电极层的所述第一部分，并连接到沿所述多个沟槽与所述漂移区和所述多个沟槽接触的所述源区；以及第二沟道区，其设置在所述栅电极层的所述第二部分的下方，并且设置在所述半导体层中以与所述多个源区接触。6.根据权利要求5所述的功率半导体器件，其中，在具有所述第二导电类型的所述多个阱区中，所述第一沟道区和所述第二沟道区一起包括具有所述第一导电类型的反型沟道，或者，当所述多个阱区的表面包括浓度低于所述多个阱区的内部的浓度的所述第二导电类型时，所述第一沟道区和所述第二沟道区一起包括具有所述第一导电类型的累积沟道，并且，其中，所述第一沟道区和所述第二沟道区是所述多个阱区的部分。7.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中，所述多个源区分别包括：
反掺杂区，所述反掺杂区包括所述第一导电类型的杂质并与所述漂移区接触。8.根据权利要求7所述的功率半导体器件，其中，第一沟道区和第二沟道区具有所述第一导电类型，并且通过反掺杂一起包括反型沟道或累积沟道，并且，其中，所述第一沟道区和所述第二沟道区是所述多个阱区的部分。9.根据权利要求7所述的功率半导体器件，其中，所述多个阱区的一部分包括累积沟道，所述累积沟道包括所述第一导电类型的杂质。10.根据权利要求1所述的功率半导体器件，还包括：多个阱接触区，其设置在所述多个源区中和所述多个阱区上，并且具有所述第二导电类型；以及源电极层，其连接到所述多个源区和所述多个阱接触区...

【专利技术属性】
技术研发人员：金信儿，金台烨，河定穆，崔东桓，禹赫，
申请(专利权)人：现代摩比斯株式会社，
类型：发明
国别省市：