【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本公開涉及功率半導(dǎo)體裝置、功率半導(dǎo)體模塊、功率變換器及其制造方法。
技術(shù)介紹
1、功率半導(dǎo)體是確定功率電子系統(tǒng)的效率、速度、耐久性和可靠性的關(guān)鍵因素之一。
2、隨著功率電子行業(yè)的最新發(fā)展，由于先前使用的硅(si)功率半導(dǎo)體達到其物理極限，因此正在積極地進行對用于替換si功率半導(dǎo)體的wbg(寬帶隙)功率半導(dǎo)體(諸如硅碳化物(sic)和鎵氮化物(gan))的研究。
3、wbg功率半導(dǎo)體裝置的帶隙能量為si功率半導(dǎo)體裝置的帶隙能量的約3倍，從而導(dǎo)致低的本征載流子濃度、高的介電擊穿場(約4至20倍)、高的熱導(dǎo)率(約3至13倍)和大的電子飽和速率(約2至2.5倍)。
4、由于這些特性，wbg功率半導(dǎo)體裝置可以在高溫、高壓環(huán)境中操作，并且具有高開關(guān)速度和低開關(guān)損耗。其中，鎵氮化物(gan)功率半導(dǎo)體裝置可以用于低壓系統(tǒng)，并且硅碳化物(sic)功率半導(dǎo)體裝置可以用于高壓系統(tǒng)。
5、可以根據(jù)結(jié)構(gòu)將相關(guān)技術(shù)的sic?mosfet歸類為溝槽結(jié)構(gòu)mosfet、垂直雙注入結(jié)構(gòu)mosfet(dimosfet)或橫向擴散結(jié)構(gòu)mosfet等。dimosfet也被稱為平面mosfet或vdmosfet。
6、另一方面，功率mosfet需要具有低傳導(dǎo)損耗和低開關(guān)損耗特性。此外，功率mosfet需要足夠穩(wěn)定，以防止寄生雙極裝置在例如非鉗位感應(yīng)開關(guān)(uis)條件的高電流條件下操作。
7、功率mosfet裝置傾向于在uis條件下失去穩(wěn)定性，因為寄生npn雙極器件在裝置中存在高感應(yīng)電流時操作。這導(dǎo)致
8、另外，當出現(xiàn)uis時，在裝置內(nèi)部出現(xiàn)瞬時電壓和電流尖峰(spike)，這可能導(dǎo)致功率半導(dǎo)體裝置的破壞。
9、因此，uis是設(shè)計和制造功率半導(dǎo)體裝置時要考慮的重要問題之一。
10、在內(nèi)部mosfet技術(shù)中，已經(jīng)研究了階梯式柵極絕緣層以改進開關(guān)損耗特性。階梯式柵極絕緣層結(jié)構(gòu)是在除了可以形成溝道的p阱之外的區(qū)域中設(shè)置厚絕緣層的結(jié)構(gòu)，并且通過該結(jié)構(gòu)，可以通過減小柵極與漏極之間形成的氧化物電容cgd來改進開關(guān)損耗特性。
11、然而，在設(shè)置有內(nèi)部技術(shù)的階梯式柵極絕緣層的dimosfet中，存在di/dt變化量增加并且uis特性劣化的問題。
12、也就是說，存在的技術(shù)矛盾問題在于，當內(nèi)部技術(shù)采用階梯式絕緣層結(jié)構(gòu)來改進開關(guān)損耗特性時，隨著功率mosfet裝置的uis特性劣化而出現(xiàn)瞬時電壓和電流尖峰，從而導(dǎo)致功率半導(dǎo)體裝置的破壞。
13、在該
技術(shù)介紹
部分中公開的上述信息僅用于增強對所描述的技術(shù)的背景的理解，并且因此其可以包含不形成本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、因此，本公開涉及一種功率半導(dǎo)體裝置、功率半導(dǎo)體模塊、功率變換器及其制造方法，其基本上消除了由于上述限制和缺點引起的一個或更多個問題。
2、本公開的附加特征和優(yōu)點將在下面的描述中闡述，并且部分將從描述中顯而易見，或者可以通過實踐本公開來獲知。本公開的其它優(yōu)點將通過在其書面描述和權(quán)利要求書以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
3、更具體地，本公開旨在提供一種功率半導(dǎo)體裝置及包括該功率半導(dǎo)體裝置的功率變換器，其能夠解決的技術(shù)矛盾在于，當內(nèi)部技術(shù)采用階梯式絕緣層結(jié)構(gòu)來改進開關(guān)損耗特性時，隨著功率mosfet裝置的uis特性劣化而出現(xiàn)瞬時電壓和電流尖峰，從而導(dǎo)致功率半導(dǎo)體裝置的破壞。
4、本公開不限于在本部分中描述的那些內(nèi)容，而是包括可以通過本公開的描述理解的那些內(nèi)容。
5、為了實現(xiàn)上述和其它優(yōu)點，并且根據(jù)本公開，如同所實施以及廣義描述的，一種功率半導(dǎo)體裝置包括：基板；第一導(dǎo)電型外延層，該第一導(dǎo)電型外延層設(shè)置在基板上；第二導(dǎo)電型阱，該第二導(dǎo)電型阱部分地設(shè)置在第一導(dǎo)電型外延層上；第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)，該第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)部分地設(shè)置在第二導(dǎo)電型阱中；源極區(qū)，該源極區(qū)部分地設(shè)置在第二導(dǎo)電型阱中且設(shè)置在第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)上；柵極絕緣層，該柵極絕緣層設(shè)置在源極區(qū)和第二導(dǎo)電型阱上；柵極，該柵極設(shè)置在柵極絕緣層上，層間絕緣層，該層間絕緣層設(shè)置在柵極上；以及源極，該源極設(shè)置在源極區(qū)上。
6、柵極絕緣層可以包括具有第一厚度的溝道柵極絕緣層以及具有比第一厚度厚的第二厚度的突出柵極絕緣層。
7、作為第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的橫向電阻的rb區(qū)中的濃度可以比第二導(dǎo)電型阱的濃度高。
8、作為第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的橫向電阻的rb區(qū)中的濃度可以是第二導(dǎo)電型阱的濃度的90至100倍高。
9、源極可以包括突出源極接觸電極，該突出源極接觸電極設(shè)置在第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的凹陷區(qū)以及源極區(qū)中。
10、突出源極接觸電極可以與源極區(qū)的上表面和源極區(qū)的側(cè)表面接觸。
11、根據(jù)該方面的功率變換器可以包括如上的功率半導(dǎo)體裝置中的至少一個。
12、在本公開的另一方面，一種用于制造功率半導(dǎo)體裝置的方法包括以下步驟：制備包括第一導(dǎo)電型外延層的基板；在第一導(dǎo)電型外延層上形成第一硬掩膜圖案，并且形成第二導(dǎo)電型阱；在第一硬掩膜圖案的側(cè)壁上形成第二硬掩膜圖案；通過使用第一硬掩膜圖案和第二硬掩膜圖案作為離子注入掩膜將離子注入到第二導(dǎo)電型阱中來形成第一導(dǎo)電型源極區(qū)；在第一硬掩膜圖案和第二硬掩膜圖案上形成第三硬掩膜圖案；使用第一硬掩膜圖案、第二硬掩膜圖案和第三硬掩膜圖案作為自對準離子注入掩膜來在第二導(dǎo)電型阱中形成第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)；去除第一硬掩膜圖案、第二硬掩膜圖案和第三硬掩膜圖案；以及在源極區(qū)和第二導(dǎo)電型阱上依次形成柵極絕緣層、柵極和層間絕緣層。
13、在本公開的又一方面，一種功率半導(dǎo)體裝置包括：第一導(dǎo)電型外延層，該第一導(dǎo)電型外延層設(shè)置在基板上；第二導(dǎo)電型阱，該第二導(dǎo)電型阱設(shè)置在第一導(dǎo)電型外延層上；第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)，該第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)設(shè)置在第二導(dǎo)電型阱中；源極區(qū)，該源極區(qū)設(shè)置在第二導(dǎo)電型阱中的第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)上；凹陷部，該凹陷部設(shè)置在位于第一柵極與第二柵極之間的兩個相鄰源極區(qū)之間并且達到第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的上部；以及源極，該源極填充在凹陷部中以接觸第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)，其中，第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)在截面圖中具有至少與兩個相鄰源極區(qū)和凹陷部的總長度相同的橫向長度。
14、形成第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的步驟可以使用第一硬掩膜圖案、第二硬掩膜圖案和第三硬掩膜圖案作為離子注入掩膜以自對準的方式進行離子注入，并且通過第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)在第二導(dǎo)電型阱中形成第一導(dǎo)電型源極區(qū)。
15、第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)可以被布置成圍繞源極區(qū)下方的區(qū)域。
16、作為第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的橫向電阻的rb區(qū)中的濃度可以比第二導(dǎo)電型阱的濃度高。
17、作為第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的橫向電阻的rb區(qū)中的濃度可以是第二導(dǎo)電型阱的濃度的90至100倍高。
18、柵極絕緣層可以包括具有第一厚度的溝本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種功率半導(dǎo)體裝置，所述功率半導(dǎo)體裝置包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中，所述Rb區(qū)中的濃度是所述第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的橫向電阻，并所述橫向電阻是所述第二導(dǎo)電型阱的90至100倍高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中，所述源極包括突出源極接觸電極，所述突出源極接觸電極設(shè)置在所述第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的凹陷區(qū)以及所述源極區(qū)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中，所述突出源極接觸電極與所述源極區(qū)的上表面和所述源極區(qū)的側(cè)表面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，所述功率半導(dǎo)體裝置還包括凹陷部，所述凹陷部設(shè)置在兩個相鄰的源極區(qū)之間并且到達所述第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的上部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中，所述源極填充在所述凹陷部中以接觸所述第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中，所述第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)在截面圖中具有至少與所述兩個相鄰的源極區(qū)和所述凹陷部的總長度相同的橫向長度。
8.一種功率變換器，所述功率變換
9.一種用于制造功率半導(dǎo)體裝置的方法，所述方法包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，形成所述第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的步驟被配置成：使用所述第一硬掩膜圖案、所述第二硬掩膜圖案和所述第三硬掩膜圖案作為所述離子注入掩膜以自對準的方式進行離子注入，并通過所述第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)在所述第二導(dǎo)電型阱中形成所述第一導(dǎo)電型源極區(qū)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種功率半導(dǎo)體裝置，所述功率半導(dǎo)體裝置包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中，所述rb區(qū)中的濃度是所述第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的橫向電阻，并所述橫向電阻是所述第二導(dǎo)電型阱的90至100倍高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中，所述源極包括突出源極接觸電極，所述突出源極接觸電極設(shè)置在所述第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的凹陷區(qū)以及所述源極區(qū)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中，所述突出源極接觸電極與所述源極區(qū)的上表面和所述源極區(qū)的側(cè)表面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，所述功率半導(dǎo)體裝置還包括凹陷部，所述凹陷部設(shè)置在兩個相鄰的源極區(qū)之間并且到達所述第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)的上部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宋承昱，姜男主，樸鎮(zhèn)玉，李枓炯，李在德，
申請(專利權(quán))人：LX半導(dǎo)體科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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