【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及一種用于功率半導體器件的制造方法和一種對應的功率半導體器件，該功率半導體器件具有包括寬帶隙半導體材料的外延層。
技術介紹
1、寬帶隙(wbg)半導體材料(諸如，碳化硅(sic))具有有利的性質，包括高臨界電場和電子遷移率或高頻切換。因此，與常用的半導體材料(諸如，硅)相比，它們產生了大得多的巴利加品質因數(bfom)，從而使它們成為功率半導體器件(諸如，功率misfet)的良好選項。這些優點實現了幾個針對能源效率和電力運輸的應用。然而，在制造包括wbg材料的外延生長層(外延層)的功率半導體器件中所涉及的相對高的成本和處理復雜性限制了它們在許多領域的應用。
技術實現思路
1、本公開的實施例涉及一種用于功率半導體器件的制造方法和一種對應的功率半導體器件，該功率半導體器件包括選擇性地生長的側向外延層，該外延層可以使用更少的寬帶隙半導體材料和/或在更短的時間內制造。
2、根據第一方面，公開了一種用于功率半導體器件的制造方法。該制造方法包括：
3、-在晶體生長襯底的表面上形成至少一個絕緣層，所述至少一個絕緣層包括在所述至少一個絕緣層內沿側向方向延伸的至少一個空腔；
4、-在空腔內選擇性地生長寬帶隙wbg半導體材料以形成側向外延層，其中，生長襯底的通過形成在所述至少一個空腔與生長襯底之間的至少一個通道而暴露的表面區域被用作種子區域以用于外延生長wbg材料；以及
5、-在選擇性地生長的wbg半導體材料內或其端部處形成至少一個半導體結，特別
6、除了別的以外，專利技術人已發現，如果例如在器件的有源區域中使用的wbg材料是選擇性地生長的而不是從wbg材料的塊體外延層蝕刻的，則可以減少用于制造功率半導體器件所需的wbg材料的量。換句話說，使用了增材制造方法而不是減材制造方法。可以通過包括空腔的至少一個絕緣層沿所期望的方向(例如，側向方向)來控制wbg材料的生長，該空腔用作生長模板。這也允許在由不同材料(諸如，摻雜或未摻雜的硅(si)、硅上碳化硅、絕緣體上碳化硅(sicoi)、藍寶石或氮化鎵(gan))制成的襯底上生長wbg材料，諸如3c、4h或6h碳化硅(sic)，從而進一步減少所需的wbg材料的量。
7、在至少一個實施方式中，所述至少一個通道被配置為wbg材料的缺陷過濾器，使得側向外延層本質上是無缺陷的。與干法蝕刻的外延層相比，選擇性地生長的、本質上無缺陷的wbg結構的更光滑表面提高了在生長的外延層內的載流子遷移率。
8、在至少一個實施方式中，通過在wbg半導體材料的選擇性生長期間、特別是在側向外延層的生長期間結合至少一種摻雜劑來形成所述至少一個半導體結。以這種方式，可以在單個處理步驟中執行有源區域的生長和摻雜，從而進一步簡化制造過程并允許在外延層的相應區域中具有明確定義的載流子濃度差異，例如對應于關于所述至少一種摻雜劑的濃度的階梯或盒。甚至更多地，將通過避免一些現有wbg半導體制造方法所需的離子注入和/或高溫摻雜劑活化過程來大幅降低制造成本。
9、在至少一個實施方式中，形成至少一個絕緣層的步驟包括：在生長襯底的表面上形成第一介電層、特別是第一二氧化硅層；在第一介電層中形成至少一個孔，以形成所述至少一個通道；在對應于所述至少一個空腔的區域中沉積和結構化犧牲材料；在第一介電層和犧牲材料上形成第二介電層、特別是第二二氧化硅層；以及去除犧牲材料，以便在第一介電層與第二介電層之間形成所述至少一個空腔。以這種方式，形成生長模板的空腔可以使用完善的半導體處理步驟和環境(諸如，用于處理常規的非wbg半導體晶片(例如，200mm硅晶片)的cmos工業反應器)來形成。
10、根據第二方面，公開了一種功率半導體器件。該器件包括：
11、-襯底，包括第一材料；
12、-至少一個絕緣層，布置在襯底的表面上并且包括至少一個空腔，所述至少一個空腔在所述至少一個絕緣層內沿側向方向延伸；
13、-至少一個通道，形成在所述至少一個空腔與襯底之間；
14、-包括第二材料的至少一個外延層，所述至少一個外延層的第一部分在所述至少一個空腔中沿側向方向延伸，并且所述至少一個外延層的至少第二部分沿豎直方向延伸穿過開口以接觸第一材料，其中，第二材料是不同于第一材料的寬帶隙wbg半導體材料；以及
15、-至少一個半導體結，特別是pn結、np結或肖特基結，形成在所述至少一個外延層內或其端部處。
16、此類器件將包括wgb半導體材料的外延層的有利的電性質與側向功率半導體器件(諸如，側向功率mosfet)的簡單連接性以及對由不同的、潛在地更便宜的塊體材料形成的襯底的使用進行組合。
17、與現有的功率半導體器件相比，所公開的結構提供了器件能力方面的顯著提高。除了其他以外，它還允許規避遷移率退化，這是常規sic?mosfet中的主要問題。sic?mos結構中界面態的高密度限制了wbg材料的潛力。相比之下，所提出的側向外延層的潛在地極高的表面積與體積比增加了例如mosfet的溝道密度并減小了截止電流，因此提供了更低的靜態功耗。
18、在至少一個實施方式中，第一材料包括以下各者中的至少一者：摻雜硅(si)、未摻雜si、4h、6h或3c碳化硅(sic)(例如，硅上立方碳化硅(3c-on-si))、絕緣體上碳化硅(sicoi)、半絕緣碳化硅、藍寶石或氮化鎵(gan)。替代性地或另外，第二材料包括3c、4h或6h碳化硅中的至少一者。替代性地或另外，所述至少一個絕緣層包括二氧化硅。以上材料適合于已建立的半導體制造過程，并且與僅包括單一wbg材料的器件相比包括若干種有利的性質，諸如低成本或良好的絕緣性質。因此，那些材料允許經濟地制造具有包括wbg半導體材料的外延層的功率半導體器件。
19、在至少一個實施方式中，所述至少一個外延層的第一部分沿側向方向延伸5至10μm和/或所述至少一個外延層的第一部分沿豎直方向延伸0.1至0.5μm。替代性地或另外，所述至少一個外延層的第一部分沿側向方向延伸第一長度，該第一長度超過空腔沿側向方向的深度的10倍或更多，從而導致所提出的側向外延層的表面積與體積比極高。
20、替代性地或另外，功率半導體器件包括所述至少一個外延層的多個側向部分和/或形成在所述至少一個空腔與襯底之間的多個通道，其中，多個側向部分和/或多個通道的節距距離分別位于50至5000nm的范圍內，諸如50至500nm。例如，多單元半導體器件的每個單元的有源區域可包括生長的小薄片(platelet)的密集陣列，其中這些小薄片的直徑和節距僅為幾十到幾百納米。
21、在至少一個實施方式中，功率半導體器件包括側向漂移結構，其中，該側向漂移結構包括所述至少一個外延層的第一部分的至少第一區段，該第一區段包括第一摻雜劑以形成第一類型的半導體材料、特別是n型wbg半導體材料。當在合適的襯底(諸如，高純度半絕緣(hpsi)襯底)上生長時，僅有幾μm的側向本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于功率半導體器件(20)的制造方法，所述制造方法包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述WBG材料包括3C、4H或6H碳化硅SiC中的至少一者。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述生長襯底(2)包括以下各者中的至少一者：摻雜硅Si、未摻雜Si、4H、6H或3C?SiC、特別是硅上立方碳化硅、絕緣體上碳化硅SiCOI、半絕緣碳化硅、藍寶石或氮化鎵。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，所述至少一個通道(5)的開口和/或長度被選擇為使得所述至少一個通道(5)通過在所述選擇性地生長的WBG材料到達所述外延層(9)的側向部分(12)之前濾除任何以下缺陷來用作所述WBG材料的缺陷過濾器，所述缺陷是所述晶體生長襯底(2)與所述WBG材料之間的晶格失配所導致的。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其中，在所述WBG材料的選擇性生長期間，摻雜劑被引入到蒸發的WBG材料中，以形成具有增加的或減小的載流子濃度的區域。
6.根據權利要求5所述的方法，其中：
7.根據權利要求1至6中任
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其中，所述至少一個半導體結是通過在所述WBG半導體材料的選擇性生長期間，特別是在所述外延層(9)的側向部分(12)的生長期間結合至少一種摻雜劑形成的。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，在所述WBG半導體材料的選擇性生長期間使用的摻雜劑分布包括關于所述至少一種摻雜劑的濃度的至少一個階梯或盒。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其中，形成至少一個絕緣層(3)的步驟包括：
11.根據權利要求1至10中任一項所述的方法，其中：
12.根據權利要求11所述的方法，進一步包括以下步驟：
13.根據權利要求11或12所述的方法，進一步包括以下步驟中的至少一者：
14.一種功率半導體器件(20)，包括：
15.根據權利要求14所述的功率半導體器件(20)，其中：
16.根據權利要求14或15所述的功率半導體器件(20)，其中：
17.根據權利要求14至16中任一項所述的功率半導體器件(20)，其中，所述側向漂移區域(26)具有5至10μm的長度和/或0.1至0.5μm的厚度。
18.根據權利要求14至17中任一項所述的功率半導體器件(20)，其中：
19.根據權利要求14至18中任一項所述的功率半導體器件(20)，包括：
20.根據權利要求19所述的功率半導體器件(20)，其中，所述側向npn結構(28)和/或所述豎直npn結構(29)包括：
21.根據權利要求19或20所述的功率半導體器件(20)，包括至少兩個側向漂移區域(26)和/或側向npn結構(28)，其中，所述至少兩個側向漂移結構(26)和/或側向npn結構(28)以背對背或串聯方式中的至少一種方式連接。
22.根據權利要求21所述的功率半導體器件(20)，其中，所述至少兩個側向漂移區域(26)和/或側向npn結構(28)形成相應的源極區域(31)與公共漏極區域(27)之間的切換橋的一部分。
23.根據權利要求14至22中任一項所述的功率半導體器件(20)，其中，所述功率半導體器件(20)包括金屬絕緣體半導體場效應晶體管MISFET(25)，特別是側向超結MISFET、IGBT或AccuFET中的一者，所述MISFET(25)包括以下各者中的至少一者：
24.根據權利要求14至23中任一項所述的功率半導體器件(20)，其中，所述功率半導體器件具有每個器件0.6至1.2kV的電壓等級或額定值。
...【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.一種用于功率半導體器件(20)的制造方法，所述制造方法包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述wbg材料包括3c、4h或6h碳化硅sic中的至少一者。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述生長襯底(2)包括以下各者中的至少一者：摻雜硅si、未摻雜si、4h、6h或3c?sic、特別是硅上立方碳化硅、絕緣體上碳化硅sicoi、半絕緣碳化硅、藍寶石或氮化鎵。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，所述至少一個通道(5)的開口和/或長度被選擇為使得所述至少一個通道(5)通過在所述選擇性地生長的wbg材料到達所述外延層(9)的側向部分(12)之前濾除任何以下缺陷來用作所述wbg材料的缺陷過濾器，所述缺陷是所述晶體生長襯底(2)與所述wbg材料之間的晶格失配所導致的。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其中，在所述wbg材料的選擇性生長期間，摻雜劑被引入到蒸發的wbg材料中，以形成具有增加的或減小的載流子濃度的區域。
6.根據權利要求5所述的方法，其中：
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，包括：
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其中，所述至少一個半導體結是通過在所述wbg半導體材料的選擇性生長期間，特別是在所述外延層(9)的側向部分(12)的生長期間結合至少一種摻雜劑形成的。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，在所述wbg半導體材料的選擇性生長期間使用的摻雜劑分布包括關于所述至少一種摻雜劑的濃度的至少一個階梯或盒。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其中，形成至少一個絕緣層(3)的步驟包括：
11.根據權利要求1至10中任一項所述的方法，其中：
12.根據權利要求11所述的方法，進一步包括以下步驟：
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