边缘钝化的功率电子器件制造技术

本发明专利技术涉及半导体器件或功率电子器件。所述器件包括一对极件（36、38），每个极件具有形成轮廓的表面（40、42）。优选地，具有宽带隙电子材料的半导体本体或晶片（30）位于极件（36、38）之间并且包括接触金属化区域（32、34）。半导体本体（30）产生从边缘区域出现的电场。钝化部件包括第一或径向内部分（44）和第二或径向外部分（46），所述第一或径向内部分（44）接触半导体本体（30）的边缘区域并且在电场从边缘区域出现时扩散电场。第二部分（46）接触第一部分（44）并且提供与每个极件（36、38）的形成轮廓的表面（40、42）的基本上没有空隙的接触面。所述器件可以被浸在电介质液体（50）中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及半导体器件或功率电子器件。所述器件包括一对极件（36、38），每个极件具有形成轮廓的表面（40、42）。优选地，具有宽带隙电子材料的半导体本体或晶片（30）位于极件（36、38）之间并且包括接触金属化区域（32、34）。半导体本体（30）产生从边缘区域出现的电场。钝化部件包括第一或径向内部分（44）和第二或径向外部分（46），所述第一或径向内部分（44）接触半导体本体（30）的边缘区域并且在电场从边缘区域出现时扩散电场。第二部分（46）接触第一部分（44）并且提供与每个极件（36、38）的形成轮廓的表面（40、42）的基本上没有空隙的接触面。所述器件可以被浸在电介质液体（50）中。【专利说明】边缘钝化的功率电子器件
本专利技术涉及功率电子器件，并且具体地讲，涉及采用宽带隙电子材料(如金刚石和碳化硅)的那些功率电子器件。
技术介绍
EP2161745公开了一种堆叠组件(stack assembly),在该堆叠组件中，半导体器件被散置并且压紧在散热器之间。半导体器件具有“敞开”构造而并没有被气密性地密封在壳体中。据信，具有“敞开”构造的半导体器件将受益于被浸(immerse)在电介质液体中。这是因为，将用电介质液体充满半导体器件的各种组成部件之间的任何间隔(space)或间隙(gap)，从而得到合适的电介质环境。半导体器件中使用的材料必须在化学上、在结构上并且不导电地与电介质液体相兼容，使得半导体器件和电介质液体都没有因它们的接触而导致劣化。将容易理解的是，这样的半导体器件不同于具有传统紧压包装(press pack)构造的半导体器件，该紧压包装构造具有气密性密封的壳体，以允许半导体本体的所有区域都被合适的适度加压的电介质气体(例如，干氮)围绕和渗透。半导体器件也没有与传统紧压包装半导体器件相关联的铜极件。铜极件被散热器有效地替代。传统的封装部件将通常占传统紧压包装半导体器件总成本的大约一半。因此，具有“敞开”构造的半导体器件中因没有传统封装部件而提供了显著的成本收益。每个半导体器件包括被包在顺从的(compliant)外环内的半导体本体。半导体本体被夹在阴极板和阳极板之间。该外环限制污染物进入半导体器件(在被储存的同时或者当被组装在堆叠组件内)，并且保护半导体器件使其在机械搬运期间免受冲击或震动影响。EP2161745中公开的半导体器件的重要限制在于，半导体本体具有与行业标准紧压包装容置的布置中使用的半导体本体完全相同的构造，即，它们没有将增强电压击穿能力或者有效载流面积与半导体本体总面积之比的特征。它们也没有利用用于提供针对较高电压或宽带隙功率电子器件的任何介电益处的围绕半导体本体的外环。结合相关联的处理和制造技术，涌现出的宽带隙电子材料(例如，金刚石和碳化硅)将允许功率电子器件阻断当前使用硅可能出现的相当大的电压。然而，当前的现场终止(field termination)和包装方法将限制电压阻断能力，或者至少严重限制采用这些新电子材料的改进功率电子器件的效力。本文中对特定电子或半导体材料的任何引用将同等地可应用于功率半导体和其他功率电子器件二者。传统的紧压包装构造具有被稳定的电介质气体(如，干氮)充填(backfill)的气密性密封壳体。电介质气体填充半导体本体周围的空间，因此被暴露于显著的电场(当它从本体出现时)。电介质气体还必须在化学上与半导体器件中采用的材料相兼容，并且这就排除了使用原本将具有有益特性的许多气体。实际上，考虑到电介质气体相对低的击穿强度，半导体本体的设计必须包括将电场(当它从本体出现时)扩散(diffuse)到不太可能出现表面击穿的地方的构件(feature)。可以扩散半导体本体的内部电场的技术是公知的并且可以被广义描述为:(a)斜面、(b)掺杂分布、(C)场控制电极的插入以及(d)表面钝化。技术(b)和(C)也被称为平面边缘终止(edge termination)特征。这些参照半导体器件的X轴和I轴被进一步描述，其中，X轴从半导体器件中心向外径向伸出并且I轴穿过本体的轴向厚度伸出。斜面:斜面是这样的几何特征，其中，当内部电场截取锥形地面或蚀刻表面时，内部电场被分解为X轴分量和y轴分量。斜面的锥形表面越平坦，表面电场的衰减越大。相反地，斜面的表面越成圆柱形，表面电场的衰减越小。在半导体本体中存在恒定y轴电场的理想情况下，衰减遵循简单的三角关系。采用简单的、复合的、沟槽和滑轮结构并且这些结构可以与掺杂分布相结合。实际上，半导体器件的掺杂分布对斜面性能特征具有大的影响。掺杂分布:半导体本体的掺杂(即，有意图地将掺杂物或杂质引入半导体本体中以改变其电子特性的处理)固有分布在I轴上并且通常分布在X轴上，后者造成电场当离开半导体本体时发生弯曲。掺杂分布一般也被称为掺杂散布。这种方法可以扩展用于制造场控制电极，场控制电极可以被扩散或者以其他方式注入到半导体本体内。场控制电极:为了改变X轴上的电场分配，场控制电极(例如，保护环)被注入或沉积在半导体本体外周的周围。这些电极在构造上可以是导电的、阻性的或半导电的。可以采用多个这样的特征并且电场的X轴分配经受对应的多个间断(discontinuity)。间断的强度取决于在制造场控制电极的过程中采用的光学工艺的分辨率和场控制电极自身内的材料的性质。偶尔，采用这个场控制部件的衍生物，其中，场控制板位于半导体本体外周的周围，场控制板的表面与半导·体本体的表面平行且间隔开并且通过绝缘介质与半导体本体的表面电隔离，通常场控制板是通过金属沉积工艺在绝缘介质上制造的。由于难以控制其上沉积有场控制板的绝缘介质的厚度，此外，由于因场控制板的阶形性质造成的电场浓度，导致对于高电压器件，这种方法通常不是优选的。表面钝化:无论采用以上技术的何种组合，通常要求通过在原本暴露的半导体结构上生长或沉积电介质覆层，将金属化接触区外部的半导体本体的表面钝化。钝化执行两种功能:它致使半导体材料对于离子污染物的外部源基本上不敏感，并且它允许电场当离开半导体本体内的半导体材料时按照公知的阻性和介电原理被进一步扩散。在图1、图2和图3中分别示出沟槽斜面、锥形斜面和滑轮斜面的实施例。在每种情况下，半导体器件包括半导体本体2，半导体本体2具有接触金属化部分4、6和某种形式的钝化部分8。在图2中示出分解半导体本体2的内部电场的理想形式，其中半导体本体内的y轴电场中的电压分量Vy截取斜面表面10以得到与X轴对准并被施加到斜面表面的电压分量^。在这种情况下，因为斜面几乎是平坦的，所以斜面表面电压梯度近似于X轴上的Vx的电压梯度。在图2中示出的锥形斜面中，电场还因钝化部分(用画有交叉阴影线的区域8表不)而进一步略有扩散并且钝化部分Vp的外表面处的相关联电压分量略低于Vx。在一些情况下，钝化部分8可以被设计成比图2中示出的实施例扩散更多的电场，但是由于干电介质气体中的钝化表面的表面击穿电压梯度的限制，导致因钝化而占用大量空间。这样的钝化部分在用于硅功率半导体器件中时的实际限制在图1至图3中不是明显的，因为出于清晰的原因它们并没有按比例绘制，但是技术人员将意识到，在图3中示出的滑轮斜面的实际实现过程中，半导体器件具有例如6kV的阻断电压额定值，则钝化环8的轴向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·D·克兰，D·欣奇利，S·J·洛迪克，
申请(专利权)人：GE能源动力科孚德技术有限公司，
类型：
国别省市：