具有带有改进的击穿特点的栅极介电层的半导体功率设备和形成此类设备的方法技术

一种半导体设备包括包含碳化硅的半导体层结构、半导体层结构上的栅极介电层，以及栅极介电层上与半导体层结构相对的栅极电极。在一些实施例中，栅极介电层的位于栅极电极下方的部分的外围比栅极介电层的中心部分厚，并且栅极电极的下表面具有凹进的外边缘，诸如倒圆和/或斜切的外边缘。和/或斜切的外边缘。和/或斜切的外边缘。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有带有改进的击穿特点的栅极介电层的半导体功率设备和形成此类设备的方法


[0001]本专利技术涉及半导体设备，更具体而言，涉及功率半导体开关设备。

技术介绍

[0002]金属绝缘半导体场效应晶体管(“MISFET”)是众所周知的可以被用作开关设备的半导体晶体管的类型。MISFET是三端设备，其具有栅极、漏极和源极端子以及半导体主体。源极区域和漏极区域形成在半导体主体中，由沟道区域隔开，并且栅极电极(其可以充当栅极端子或电连接到栅极端子)部署成与沟道区域相邻。MISFET可以通过向栅极电极施加偏置电压来接通或断开。当MISFET接通时(即，它处于其“导通状态”)，电流通过MISFET的源极区域和漏极区域之间的沟道区域传导。当偏置电压从栅极电极移除(或降低到阈值电平以下)时，电流停止通过沟道区域传导。举例来说，n型MISFET具有n型源极和漏极区域以及p型沟道。因此，n型MISFET具有“n
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p
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n”设计。当向栅极电极施加足以在p型沟道区域中产生电连接n型源极区域和漏极区域的导电n型反向层的栅极偏置电压，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体设备，包括：半导体层结构，其包括碳化硅；半导体层结构上的栅极介电层；以及与半导体层结构相对的在栅极介电层上的栅极电极，其中栅极介电层的位于栅极电极下方的部分的外围比栅极介电层的中心部分厚，以及其中栅极电极的下表面具有凹进的外边缘。2.如权利要求1所述的半导体设备，其中栅极介电层包括氧化硅层和氮化硅层。3.如权利要求2所述的半导体设备，其中氮化硅层位于栅极电极和氧化硅层之间。4.如权利要求2或3所述的半导体设备，其中氮化硅层包括栅极介电层的位于栅极电极下方的部分的外围的最上部区域。5.如权利要求1
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4中的任一项所述的半导体设备，其中栅极电极的凹进的外边缘包括倒圆外边缘。6.如权利要求1
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5中的任一项所述的半导体设备，其中栅极电极的凹进的外边缘包括斜切外边缘。7.如权利要求1
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6中的任一项所述的半导体设备，其中半导体层结构包括：具有第一导电类型的漂移层，在漂移层的上部中的具有第二导电类型的阱以及在阱的上部中的具有第一导电类型的源极区域，以及其中在源极区域和漂移层的与栅极介电层接触的部分之间的阱中设置沟道区域。8.如权利要求7所述的半导体设备，其中栅极介电层的在栅极电极下方的覆盖源极区域的部分比栅极介电层的覆盖沟道区域的部分厚。9.如权利要求7所述的半导体设备，其中栅极介电层的覆盖沟道区域的部分具有恒定厚度。10.如权利要求7
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9中的任一项所述的半导体设备，其中半导体设备被配置为使得在导通状态操作期间，栅极介电层中的峰电场值将基本上位于接触源极区域的沟道区域的侧壁之上。11.如权利要求1
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10中的任一项所述的半导体设备，其中栅极介电层的中心部分的下表面定义平行于半导体层结构的底表面的第一平面，并且栅极介电层的中心部分的上表面定义平行于半导体层结构的底表面的第二平面，并且其中第一平面与栅极介电层的位于栅极电极下方的部分的外围的下表面之间的第一距离小于第二平面与栅极介电层的位于栅极电极下方的部分的外围的上表面之间的第二距离的一半。12.如权利要求1
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11中的任一项所述的半导体设备，其中栅极电极的每个凹进的外边缘包括多个斜切或倒圆区域。13.如权利要求1
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12中的任一项所述的半导体设备，其中半导体设备被配置为使得在导通状态操作期间，栅极介电层中的峰电场值将在栅极电极的中心正下方的栅极介电层的上表面处的电场的值的10％以内。14.如权利要求1
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13中的任一项所述的半导体设备，其中栅极介电层的下表面是基本上平坦的。15.如权利要求1
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14中的任一项所述的半导体设备，其中半导体设备是金属绝缘体半导体场效应晶体管(“MISFET”)或绝缘栅双极型晶体管(“IGBT”)。
16.如权利要求1
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15中的任一项所述的半导体设备，其中栅极电极包括硅。17.如权利要求1
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16中的任一项所述的半导体设备，其中栅极介电层的比栅极介电层的中心部分更厚的位于栅极电极下方的部分的外围用于增加栅极介电层的寿命。18.如权利要求1
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17中的任一项所述的半导体设备，其中栅极电极的中心部分比栅极电极的上表面的外围在半导体层结构上方延伸得更远。19.如权利要求1
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18中的任一项所述的半导体设备，其中栅极电极的上表面的外围是凹进的。20.如权利要求1
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19中的任一项所述的半导体设备，其中半导体设备是金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)，并且其中栅极电极的下表面的凹进的外边缘被构造为降低在MOSFET处于其导通状态时栅极介电层中的电场的峰值。21.如权利要求1
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20中的任一项所述的半导体设备，其中栅极电极的下表面的凹进的外边缘包括栅极电极的氧化或氮化材料。22.一种半导体设备，包括：半导体层结构，该半导体层结构包括碳化硅，该半导体层结构包括：具有第一导电类型的漂移层，在漂移层的上部中的具有与第一导电型相反的第二导电类型的阱，以及在阱中的具有第一导电类型的源极区域；半导体层结构上的栅极介电层；以及与半导体层结构相对的在栅极介电层上栅极电极，其中半导体设备被配置为使得在导通状态操作期间出现峰电场值的位置位于栅极电极下方并且相对于栅极电极的侧壁向内间隔开。23.如权利要求22所述的半导体设备，其中栅极介电层中出现峰电场值的位置相对于栅极电极的侧壁向内间隔至少0.05微米。24.如权利要求22或23所述的半导体设备，其中栅极介电层包括氧化硅层和氮化硅层。25.如权利要求24所述的半导体设备，其中氮化硅层位于栅极电极和氧化硅层之间。26.如权利要求22
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25中的任一项所述的半导体设备，其中栅极电极的下表面具有凹进的外边缘。27.如权利要求22
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26中的任一项所述的半导体设备，其中在源极区域和漂移层的接触栅极介电层的部分之间的阱中设置沟道区域，并且栅极介电层的在栅极电极下方的覆盖源极区域的部分比栅极介电层的覆盖沟道区域的部分厚。28.如权利要求22
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27中的任一项所述的半导体设备，其中在源极区域和漂移层的与栅极介电层接触的部分之间的阱中设置沟道区域，并且半导体设备被配置为使得在导通状态操作期间栅极介电层中的峰电场值将基本上位于沟道区域的接触源极区域的侧壁上方。29.如权利要求22
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28中的任一项所述的半导体设备，其中栅极介电层的中心部分的下表面定义平行于半导体层结构的底表面的第一平面，并且栅极介电层的中心部分的上表面定义平行于半导体层结构的底表面的第二平面，并且其中第一平面与栅极介电层的位于栅极电极下方的部分的外围的下表面之间的第一距离小于第二平面与栅极介电层的位于栅极电极下方的部分的外围的上表面之间的第二距离的一半。30.如权利要求22
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29中的任一项所述的半导体设备，其中半导体设备被配置为使得在导通状态操作期间，栅极介电层中的峰电场值将在栅极电极的中心正下方的栅极介电层的
上表面处的电场的值的10％以内。31.一种半导体设备，包括：半导体层结构，该半导体层结构包括碳化硅，该半导体层结构包括具有第一导电类型的漂移层，在漂移层的上部中的具有与第一导电类型相反的第二导电类型的阱，以及在阱中的具有第一导电类型的源极区域，所述阱中具有沟道区域；半导体层结构上的栅极介电层；以及与半导体层结构相对的在栅极介电层上栅极电极，其中半导体设备被配置使得为在导通状态操作期间栅极介电层中的峰电场值将在栅极电极的中心部分下方的栅极介电层的上表面处的电场的值的10％以内。32.如权利要求31所述的半导体设备，其中栅极电极的中心部分下方的栅极介电层在导通状态操作期间具有基本恒定的电场值。33.如权利要求31或32所述的半导体设备，其中栅极介电层包括氧化硅层和氮化硅层。34.如权利要求32所述的半导体设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：沃孚半导体公司，
类型：发明
国别省市：