一种半导体功率器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体功率器件及其制备方法，其中，半导体功率器件包括：半导体衬底层；第一漂移层，位于半导体衬底层上；第二漂移层，位于第一漂移层背离半导体衬底层的一侧表面，第二漂移层的导电类型和第一漂移层的导电类型相同，第二漂移层的掺杂浓度大于第一漂移层的掺杂浓度；位于第二漂移层中的阱区；位于阱区中的源区。本发明专利技术的半导体功率器件能够改善大功率半导体功率器件的导通性能。善大功率半导体功率器件的导通性能。善大功率半导体功率器件的导通性能。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体功率器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件的制造领域，涉及一种半导体功率器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅(SiC)材料具有禁带宽度宽、临界击穿场强大、热导率高、导通电阻小、电子饱和速度高、功率密度大等特性。SiC材料的优良特性使得基于SiC器件的大功率电力电子设备拥有更轻的重量、更小的体积、更快的开关频率、更高的电压、更高的温度承受能力等，进而使得整个系统的功率密度与性能得到极大提升，因而，SiC材料在功率半导体器件领域应用广泛。SiC MOSFET器件为SiC功率器件的代表之一，与占据市场主导的传统Si IGBT器件相比，SiC MOSFET器件除具有更低的导通损耗和更快的开关频率外，其内部的体二极管还可以直接作为续流二极管，因此在多芯片并联封装模块的过程中可避免外接二极管，从而降低模块内部的寄生参数、降低模块整体电路的设计复杂度，最终降低整个电力电子装备的成本。SiC MOSFET器件现已逐渐在电动汽车、充电桩、新能源发电、工业控制、柔性直流输电等应用场景中得到推广和使用。
[0003]基于大电网的运行方式，电力电子装备追求高效率和高功率密度，同时，在故障发生时，电力电子装备往往需要能够承受超出稳定值浪涌电流和浪涌电压。常用的SiC MOSFET器件具有平面双扩散型场效应晶体管结构，参见图1，N+衬底层为常用的半导体衬底层，N型掺杂浓度相对较高，N
‑
外延层为漂移层，N型掺杂浓度相对较低。在大功率SiC MOSFET器件中，为了提高SiC MOSFET器件的电流容量，即，增大器件导通时N
‑
外延层中的载流子数量，需要提高N
‑
外延层的掺杂浓度或者增大N
‑
外延层的厚度。提高N
‑
外延层的掺杂浓度会影响器件的阻断性能，因此，在实践中，会采用增大N
‑
外延层的厚度的方式来提高SiC MOSFET器件的电流容量。然而，N
‑
外延层的厚度增大又会导致，器件的通态电阻变大。
[0004]因而，目前亟需一种能够改善大功率半导体功率器件的导通性能的方法。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中半导体功率器件的导通性能差的缺陷，从而提供一种半导体功率器件及其制备方法。
[0006]本专利技术的第一方面提供了一种半导体功率器件，包括：半导体衬底层；第一漂移层，位于半导体衬底层上；第二漂移层，位于第一漂移层背离半导体衬底层的一侧表面，第二漂移层的导电类型和第一漂移层的导电类型相同，第二漂移层的掺杂浓度大于第一漂移层的掺杂浓度；位于第二漂移层中的阱区；位于阱区中的源区。
[0007]可选的，阱区的下表面与第二漂移层的下表面之间的距离为2μm～5μm。
[0008]可选的，第二漂移层的厚度与第一漂移层的厚度的比值为1：1～1：8。
[0009]可选的，阱区的掺杂浓度为1*10
18
atom/cm3～2*10
18
atom/cm3，源区的掺杂浓度为1*10
20
atom/cm3～2*10
20
atom/cm3。
[0010]可选的，根据权利要求1的半导体功率器件，第二漂移层的掺杂浓度与第一漂移层
的掺杂浓度的比值为2：1～8：1。
[0011]可选的，第一漂移层的掺杂浓度为0.9*10
15
atom/cm3～1.4*10
15
atom/cm3；第二漂移层的掺杂浓度为1.8*10
15
atom/cm3～1*10
16
atom/cm3。
[0012]可选的，半导体功率器件还包括：位于第二漂移层中的掺杂区，掺杂区的导电类型与阱区的导电类型相同且与第二漂移层的导电类型相同相反，所述掺杂区和掺杂区底部的第二漂移层以及第一漂移层构成二极管；栅极结构，栅极结构位于第二漂移层上方且覆盖源区的部分区域和阱区的部分区域，栅极结构与掺杂区间隔。
[0013]可选的，阱区中的部分顶部区域作为沟道区，沟道区位于源区的一侧且与源区邻接；掺杂区包括：第一掺杂区，第一掺杂区位于阱区中且与源区邻接，第一掺杂区和沟道区分别位于源区的两侧；和/或，第二掺杂区，第二掺杂区位于第二漂移层中且与阱区间隔设置；第一掺杂区和第二掺杂区位于栅极结构在沟道方向上的两侧。
[0014]可选的，第一掺杂区的掺杂浓度大于阱区的掺杂浓度。
[0015]可选的，第一掺杂区的掺杂浓度与阱区的掺杂浓度的比值为8：1～10：1。
[0016]可选的，半导体功率器件还包括：缓冲层，位于半导体衬底层与第一漂移层之间，缓冲层的导电类型与第一漂移层的导电类型相同，缓冲层的掺杂浓度小于第一漂移层的掺杂浓度。
[0017]可选的，缓冲层的厚度小于或等于1μm。
[0018]可选的，缓冲层的掺杂浓度为2*10
15
atom/cm3～4*10
15
atom/cm3。
[0019]本专利技术的第二方面提供了一种半导体功率器件的制备方法，包括：提供半导体衬底层；在半导体衬底层上形成第一漂移层；在第一漂移层背离半导体衬底层的一侧表面上形成第二漂移层；第二漂移层的导电类型和第一漂移层的导电类型相同，第二漂移层的掺杂浓度大于第一漂移层的掺杂浓度；在第二漂移层中形成阱区；在阱区中形成源区。
[0020]可选的，半导体功率器件的制备方法还包括：在第二漂移层中形成掺杂区，掺杂区的导电类型与阱区的导电类型相同且与第二漂移层的导电类型相同相反，所述掺杂区和掺杂区底部的第二漂移层以及第一漂移层构成二极管；在第二漂移层上方形成栅极结构，栅极结构覆盖源区的部分区域和阱区的部分区域，栅极结构与掺杂区间隔。
[0021]可选的，阱区中的部分顶部区域作为沟道区，沟道区位于源区的一侧且与源区邻接；掺杂区的形成方法包括：在阱区中形成第一掺杂区；第一掺杂区与源区邻接，第一掺杂区和沟道区分别位于源区的两侧；和/或，在第二漂移层中形成第二掺杂区，第二掺杂区与阱区间隔设置；第一掺杂区和第二掺杂区位于栅极结构在沟道方向上的两侧。
[0022]可选的，第一掺杂区的掺杂浓度大于阱区的掺杂浓度。
[0023]可选的，半导体功率器件的制备方法还包括：在形成第一漂移层之前，在半导体衬底层的一侧形成缓冲层；缓冲层的导电类型与第一漂移层的导电类型相同，缓冲层的掺杂浓度小于第一漂移层的掺杂浓度；形成第一漂移层之后，缓冲层位于第一漂移层和半导体衬底层之间。
[0024]本专利技术的技术方案可以取得以下有益效果：
[0025]1.本专利技术的半导体功率器件具有不同掺杂浓度的第一漂移层和第二漂移层，第二漂移层的掺杂浓度大于第一漂移层的掺杂浓度。由于半导体功率器件的源区和阱区均位于第二漂移层中，因此，在半导体功率器件导通时，第二漂移层的电阻对半导体功率器件的通
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体功率器件，其特征在于，包括：半导体衬底层；第一漂移层，位于所述半导体衬底层上；第二漂移层，位于所述第一漂移层背离所述半导体衬底层的一侧表面，所述第二漂移层的导电类型和所述第一漂移层的导电类型相同，所述第二漂移层的掺杂浓度大于所述第一漂移层的掺杂浓度；位于所述第二漂移层中的阱区；位于所述阱区中的源区。2.根据权利要求1所述的半导体功率器件，其特征在于，所述阱区的下表面与所述第二漂移层的下表面之间的距离为2μm～5μm。3.根据权利要求1所述的半导体功率器件，其特征在于，所述第二漂移层的厚度与所述第一漂移层的厚度的比值为1：1～1：8。4.根据权利要求1所述的半导体功率器件，其特征在于，所述第二漂移层的掺杂浓度与所述第一漂移层的掺杂浓度的比值为2：1～8：1。5.根据权利要求4所述的半导体功率器件，其特征在于，所述第一漂移层的掺杂浓度为0.9*10
15
atom/cm3～1.4*10
15
atom/cm3；所述第二漂移层的掺杂浓度为1.8*10
15
atom/cm3～1.12*10
16
atom/cm3。6.根据权利要求1所述的半导体功率器件，其特征在于，还包括：位于所述第二漂移层中的掺杂区，所述掺杂区的导电类型与所述阱区的导电类型相同且与所述第二漂移层的导电类型相同相反，所述掺杂区和掺杂区底部的第二漂移层以及第一漂移层构成二极管；栅极结构，所述栅极结构位于所述第二漂移层上方且覆盖所述源区的部分区域和所述阱区的部分区域，所述栅极结构与所述掺杂区间隔。7.根据权利要求6所述的半导体功率器件，其特征在于，所述阱区中的部分顶部区域作为沟道区，所述沟道区位于所述源区的一侧且与所述源区邻接；所述掺杂区包括：第一掺杂区，所述第一掺杂区位于所述阱区中且与所述源区邻接，所述第一掺杂区和所述沟道区分别位于所述源区的两侧；和/或，第二掺杂区，所述第二掺杂区位于所述第二漂移层中且与所述阱区间隔设置；所述第一掺杂区和所述第二掺杂区位于所述栅极结构在沟道方向上的两侧。8.根据权利要求7所述的半导体功率器件，其特征在于，所述第一掺杂区的掺杂浓度大于所述阱区的掺杂浓度。9.根据权利要求8所述的半导体功率器件，其特征在于，所述第一掺杂区的掺杂浓度与所述阱区的掺杂浓度的比值为8：1～10：1。10.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：杜泽晨，杨霏，张文婷，刘瑞，安运来，牛喜平，桑玲，吴裔，田英杰，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：