垂直型功率器件的结构、制造方法及电子设备技术

一种垂直型功率器件的结构、制造方法及电子设备，属于半导体技术领域，通过包括上臂结构和下臂结构；上臂结构和下臂结构均包括衬底、缓冲层、外延层、沟道层、有源层、隔离柱以及第一金属柱；衬底、缓冲层、外延层、沟道层以及有源层自下而上依次设置；栅极结构从有源层的上表面纵向向下穿过有源层和沟道层；隔离柱侧面与切面重叠且从有源层的上表面贯穿至外延层的下表面；第一金属柱从衬底的下表面贯穿至外延层；切面为上臂结构和下臂结构的分界面；在下臂结构中的第一金属柱的深度大于在上臂结构中的第一金属柱的深度；故在满足了上臂器件高耐压的同时，减小了下臂器件的导通电阻。减小了下臂器件的导通电阻。减小了下臂器件的导通电阻。

【技术实现步骤摘要】
垂直型功率器件的结构、制造方法及电子设备


[0001]本申请属于半导体
，尤其涉及一种垂直型功率器件的结构、制造方法及电子设备。

技术介绍

[0002]如图1所示，将直流转交流的逆变器通常由上下两个开关器件组成(上臂开关器件V1和下臂开关器件V2)，开关器件串联的节点为输出端，输出端接入负载(电感L与电阻R)。
[0003]相关的垂直型功率器件采用结构完全相同的两个开关器件，然而，根据图1所示逆变器的工作原理，上臂开关器件V1导通时的电流流向如图2所示，下臂开关器件V2导通的电流流向如图3所示，可知，上臂开关器件V1和下臂开关器件V2的漏源两端连接的负载与电压准位不同，其中，上臂开关器件V1两端是连接直流高电位与负载，下臂开关器件V2两端是连接负载与直流低电位；考虑连续开关的动作，上臂开关器件V1和下臂开关器件V2所需要的电路特性不相同，即上臂开关器件V1承受正电压时间较多，下臂开关器件V2器件承受负电压时间较多，故上臂开关器件V1和下臂开关器件V2所需要的耐压能力和导通电阻均不同。
[0004]故相关的垂直型功率器件由于结构完全相同从而导致无法在提高耐压能力的同时降低导通电阻的缺陷。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种垂直型功率器件的结构、制造方法及电子设备，旨在解决相关的垂直型功率器件无法在提高耐压能力的同时降低导通电阻的问题。
[0006]本申请实施例提供了一种垂直型功率器件的结构，包括上臂结构和下臂结构；其中，所述上臂结构和所述下臂结构均包括：r/>[0007]自下而上依次设置的衬底、缓冲层、外延层、沟道层以及有源层；
[0008]从所述有源层的上表面纵向向下穿过所述有源层和所述沟道层的栅极结构；
[0009]侧面与所述切面重叠且从所述有源层的上表面贯穿至所述外延层的下表面的隔离柱；
[0010]从所述衬底的下表面贯穿至所述第一外延层的第一金属柱；
[0011]其中，所述切面为所述上臂结构和所述下臂结构的分界面；在下臂结构中的所述第一金属柱的深度大于在上臂结构中的所述第一金属柱的深度。
[0012]在其中一个实施例中，所述栅极结构包括：
[0013]从所述有源层的上表面纵向向下穿过所述有源层和所述沟道层的第一沟槽；
[0014]覆盖在所述第一沟槽的侧壁内表面和所述第一沟槽的底部上表面的第一介电层；
[0015]填充在所述第一介电层内部的导电柱。
[0016]在其中一个实施例中，所述上臂结构和所述下臂结构均以所述导电柱作为栅极，所述上臂结构和所述下臂结构均以所述有源层作为源极；所述上臂结构和所述下臂结构均以所述第一金属柱作为漏极电极。
[0017]在其中一个实施例中，缓冲层、外延层、沟道层以及有源层均为氮化镓，所述第一介电层为氮化硅或二氧化硅；所述导电柱为多晶硅；所述第一金属柱为金或钯。
[0018]在其中一个实施例中，所述外延层为低掺杂N型外延层，所述沟道层为P型沟道层，所述有源层为N型有源层；或者
[0019]所述外延层为低掺杂P型外延层，所述沟道层为N型沟道层，所述有源层为P型有源层。
[0020]本申请实施例还提供一种垂直型功率器件的制造方法，所述制造方法包括：
[0021]在衬底的上表面形成缓冲层；
[0022]在所述缓冲层的上表面自下而上依次形成外延层、沟道层以及有源层；
[0023]移除部分所述有源层和部分所述沟道层并形成栅极结构；
[0024]在切面对应的位置移除部分所述外延层、部分所述沟道层以及部分所述有源层以形成第一柱状沟槽；其中，所述切面为所述垂直型功率器件中的上臂结构和下臂结构的分界面；
[0025]在所述第一柱状沟槽中填充绝缘材料，以形成隔离柱；
[0026]在所述第一柱状沟槽的左右两侧的预设距离的位置分别移除部分所述衬底、部分所述缓冲层以及部分所述外延层以形成第二柱状沟槽和第三柱状沟槽；其中，所述第二柱状沟槽的深度大于所述第三柱状沟槽的深度；
[0027]在所述第二柱状沟槽和所述第三柱状沟槽中填充金属材料，以形成第一金属柱。
[0028]在其中一个实施例中，在所述第二柱状沟槽和所述第三柱状沟槽中填充金属材料，以形成第一金属柱具体为：
[0029]在所述第二柱状沟槽中填充金属材料，以形成下臂结构的第一金属柱，同时，在所述第三柱状沟槽中填充金属材料，以形成上臂结构的第一金属柱。
[0030]在其中一个实施例中，所述移除部分所述有源层和部分所述沟道层并形成栅极结构包括：
[0031]移除部分所述有源层和部分所述沟道层以形成第二沟槽；
[0032]在所述有源层的上表面和所述第二沟槽的上表面形成第二介电层；
[0033]移除所述有源层的上表面的所述第二介电层并保留所述第二沟槽的上表面的所述第二介电层以形成第一介电层；
[0034]填充第一介电层的内部以形成导电柱。
[0035]在其中一个实施例中，所述在所述缓冲层的上表面自下而上依次形成外延层、沟道层以及有源层包括：
[0036]在所述缓冲层的上表面形成所述外延层；
[0037]在所述外延层的上表面离子注入以形成所述沟道层；
[0038]在所述沟道层的上表面离子注入以形成所述有源层。
[0039]本申请实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的垂直型功率器件的结构。
[0040]本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：由于隔离柱侧面与所述矢状面重叠且从所述有源层的上表面贯穿至所述外延层的下表面，故隔离柱将垂直型功率器件分隔为互不干扰的上臂器件(与上臂结构相对应)和下臂器件(与下臂结构相对应)；由于外延
层、沟道层以及有源层自下而上依次设置，且栅极结构从所述有源层的上表面纵向向下穿过所述有源层和沟道层；故有源层可以作为上臂器件和下臂器件的源极，外延层可以作为上臂器件和下臂器件的漏极；又由于第一金属柱从衬底的下表面贯穿至外延层，且在下臂结构中的第一金属柱的深度大于在上臂结构中的第一金属柱的深度，故上臂器件和下臂器件可以选择不同深度的金属柱作为漏极电极，使得上臂器件可以承受正电压时间较多，下臂开关器件可以承受负电压时间较多，在提高耐压能力的同时降低导通电阻。
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为相关技术的逆变器的示例电路结构图；
[0043]图2为图1所示的相关技术的逆变器的一种电流流向示意图；
[0044]图3为图1所示的相关技术的逆变器的另一种电流流向示意图；
[0045]图4为本申请一实施例提供的垂直型功率器件的结构的一种结构示意图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直型功率器件的结构，其特征在于，包括上臂结构和下臂结构；其中，所述上臂结构和所述下臂结构均包括：自下而上依次设置的衬底、缓冲层、外延层、沟道层以及有源层；从所述有源层的上表面纵向向下穿过所述有源层和所述沟道层的栅极结构；侧面与所述切面重叠且从所述有源层的上表面贯穿至所述外延层的下表面的隔离柱；从所述衬底的下表面贯穿至所述第一外延层的第一金属柱；其中，所述切面为所述上臂结构和所述下臂结构的分界面；在下臂结构中的所述第一金属柱的深度大于在上臂结构中的所述第一金属柱的深度。2.如权利要求1所述的垂直型功率器件的结构，其特征在于，所述栅极结构包括：从所述有源层的上表面纵向向下穿过所述有源层和所述沟道层的第一沟槽；覆盖在所述第一沟槽的侧壁内表面和所述第一沟槽的底部上表面的第一介电层；填充在所述第一介电层内部的导电柱。3.如权利要求2所述的垂直型功率器件的结构，其特征在于，所述上臂结构和所述下臂结构均以所述导电柱作为栅极，所述上臂结构和所述下臂结构均以所述有源层作为源极；所述上臂结构和所述下臂结构均以所述第一金属柱作为漏极电极。4.如权利要求2所述的垂直型功率器件的结构，其特征在于，缓冲层、外延层、沟道层以及有源层均为氮化镓，所述第一介电层为氮化硅或二氧化硅；所述导电柱为多晶硅；所述第一金属柱为金或钯。5.如权利要求1所述的垂直型功率器件的结构，其特征在于，所述外延层为低掺杂N型外延层，所述沟道层为P型沟道层，所述有源层为N型有源层；或者所述外延层为低掺杂P型外延层，所述沟道层为N型沟道层，所述有源层为P型有源层。6.一种垂直型功率器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：在衬底的上表面形成缓冲层；在所述缓冲层的上表面自下而上依次形成外延层、沟道层以及有源层；移除部分所述有源层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴龙江，
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：