功率半导体器件及其制造方法与流程

本技术涉及功率半导体，尤其是涉及一种功率半导体器件及其制造方法。

背景技术：

1、随着现代电子技术的迅猛发展，功率半导体器件在电力电子领域中扮演着越来越重要的角色。功率半导体器件主要用于转换和控制电力，广泛应用于电源管理、电机驱动、变频器、光伏逆变器以及电动汽车等领域。提高功率半导体器件的性能和可靠性，对于实现高效能和高可靠性的电力电子系统具有重要意义。

2、传统的功率半导体器件主要包括mosfet等，这些器件通过栅极电压控制源极和漏极之间的电流，以实现开关功能和电力转换。然而，随着应用需求的增加，现有的功率半导体器件在导通状态下通常存在局部电场过高导致的提前击穿现象，器件的整体击穿耐压差。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决现有技术中存在的局部电场过高导致的提前击穿现象，器件的整体击穿耐压差的技术问题。为此，本技术提出一种功率半导体器件及其制造方法。

2、第一方面，本技术提供了一种功率半导体器件及其制造方法，包括：

3、漏极衬底，所述漏极衬底上形成有外延层，所述外延层具有第一表面，所述第一表面上形成多个彼此间隔开的隔离栅层；

4、有源层，所述有源层形成于所述外延层中，且贴合于所述第一表面，所述有源层包括基区和源区，所述基区与所述源区的导电类型相反，所述基区的部分形成于相邻两个所述隔离栅层之间，所述基区的另外部分朝与所述隔离栅层平行的方向延伸，所述源区介设于所述基区的另外部分与所述隔离栅层之间，且所述源区朝与所述隔离栅层平行方向延伸的距离小于所述基区的另外部分朝与所述隔离栅层平行方向延伸的距离；

5、源极金属，所述源极金属形成于相邻两个所述隔离栅层之间，且与所述源区相连。

6、通过采用上述技术方案，基区的部分形成于相邻两个隔离栅层之间，与源极金属有良好的电接触，并通过其更高的掺杂浓度来减少寄生电阻。

7、而基区的另外部分用于调整源极金属与漏极衬底之间的电流流动，该基区的另外部分朝与隔离栅层平行方向延伸，该基区的另外部分的电场分布的形状表现为向外凸出的形状（外凸型电场），这样形状的电场分布更均匀，一方面减少了局部电场过高导致的提前击穿现象，从而提高了器件的整体击穿耐压；另一方面均匀的电场分布也有助于减少局部热积累，提高器件的热稳定性和可靠性。

8、根据本技术的一个实施例，所述基区包括第一阱区和第二阱区；

9、所述第一阱区与所述第二阱区的导电类型相同，且所述第一阱区的掺杂浓度大于所述第二阱区的掺杂浓度。

10、根据本技术的一个实施例，所述第一阱区的底部朝向所述漏极衬底的方向延伸，且突出于所述第二阱区的底面。

11、通过采用上述技术方案，第一阱区突出于第二阱区的底面，能使第一阱区与外延层之间的pn结形成更均匀的电场分布。这减少了在该区域的局部电场增强现象，从而降低了局部电阻。

12、由于电场更加均匀，外延层中电子的流动阻力减少，整体上降低了电子在外延层中的电阻，从而降低了整个器件的导通电阻。

13、第二阱区由于掺杂浓度较低，能够形成较大的耗尽区，进一步扩展了电场分布范围，降低了电场峰值，增强了击穿耐压。

14、第二阱区提供更宽广的电流通道，使得导通状态下的电阻进一步降低。

15、根据本技术的一个实施例，所述第二阱区包括第一掺杂浓度区域和第二掺杂浓度区域；

16、所述第一掺杂浓度区域形成于所述第一阱区的中心，所述第二掺杂浓度区域包围于所述第一掺杂浓度区域，且所述第二掺杂浓度区域的掺杂浓度小于所述第一掺杂浓度区域的掺杂浓度。

17、通过采用上述技术方案，第二掺杂浓度区域包围于第一掺杂浓度区域，且第二掺杂浓度区域的掺杂浓度小于第一掺杂浓度区域的掺杂浓度，可以形成外凸型电场，使电场分布更加均匀，从而提高击穿电压。

18、根据本技术的一个实施例，所述第二掺杂浓度区域的掺杂浓度朝背离所述第一掺杂浓度区域的方向逐渐减小。

19、通过采用上述技术方案，由于掺杂浓度梯度的设计，电场在高掺杂区（第一掺杂浓度区域）到低掺杂区（第二掺杂浓度区域）逐渐减小，避免了在高掺杂区出现过高的电场峰值。

20、这种设计减少了局部电场过高导致的提前击穿现象，从而显著提高了器件的击穿电压。

21、根据本技术的一个实施例，所述隔离栅层包括第一分裂栅电极、第二分裂栅电极和绝缘层；

22、所述第一分裂栅电极与所述第二分裂栅电极彼此间隔开，所述绝缘层围绕所述第一分裂栅电极与所述第二分裂栅电极设置；

23、其中，所述外延层正对所述第一分裂栅电极和所述第二分裂栅电极的部分能形成反型隔离区，所述反型隔离区与所述基区的导电类型相同，且所述源区介设于所述反型隔离区与所述基区。

24、通过采用上述技术方案，外延层正对第一分裂栅电极和第二分裂栅电极的部分在施加适当的电压时，能够形成反型隔离区。该反型隔离区与基区的导电类型相同，用于隔离和控制载流子的流动。

25、相较于相关技术用一整块栅极板控制形成反型隔离区而言，本实施例通过第一分裂栅电极和第二分裂栅电极替换了一整块栅极板，减少了栅极板的寄生电容和电阻，提高了器件的开关速度和效率，特别适用于高频和高速应用。这有助于提高器件在开关操作中的性能。

26、根据本技术的一个实施例，所述基区的另外部分处于所述第一分裂栅电极或所述第二分裂栅电极的中部。

27、通过采用上述技术方案，这样设计可以有效地分散电场，形成更加均匀的电场分布。这有助于降低局部电场峰值，减少因电场集中引起的击穿风险，从而提高器件的耐压性能。

28、根据本技术的一个实施例，所述绝缘层包括：第一介电层和第二介电层；

29、所述第一介电层介设于所述第一分裂栅电极和所述第二分裂栅电极与所述外延层之间，所述第二介电层介设于所述第一分裂栅电极和所述第二分裂栅电极与所述源极金属之间。

30、通过采用上述技术方案，第一介电层防止栅电极与外延层之间的漏电流，第二介电层防止栅电极与源极金属之间的漏电流，从而提高器件的电气性能和效率。

31、第二方面，本技术提供了一种功率半导体器件的制造方法，包括：

32、提供漏极衬底，形成外延层在所述漏极衬底上，所述外延层具有第一表面；

33、形成多个彼此间隔开的隔离栅层在所述第一表面上；

34、形成所述有源层在所述所述外延层中，且贴合于所述第一表面，所述有源层包括基区和源区，所述基区与所述源区的导电类型相反，其中所述基区的部分形成于相邻两个所述隔离栅层之间，所述基区的另外部分朝与所述隔离栅层平行的方向延伸，所述源区介设于所述基区的另外部分与所述隔离栅层之间，且所述源区朝与所述隔离栅层平行方向延伸的距离小于所述基区的另外部分朝与所述隔离栅层平行方向延伸的距离；

35、形成源极金属在相邻两个所述隔离栅层之间，且所述源极金属与所述源区相连。

36、通过采用上述技术方案，基区的部分形成于相邻两个隔离栅层之间，与源极金属有良好的电接触，并通过其更高的掺杂浓度来减少寄生电阻。

37、而基区的另外部分用于调整源极金属与漏极衬底之间的电流流动，该基区的另外部分朝与隔离栅层平行方向延伸，该基区的另外部分的电场分布的形状表现为向外凸出的形状（外凸型电场），这样形状的电场分布更均匀，一方面减少了局部电场过高导致的提前击穿现象，从而提高了器件的整体击穿耐压；另一方面均匀的电场分布也有助于减少局部热积累，提高器件的热稳定性和可靠性。

38、根据本技术的一个实施例，形成多个彼此间隔开的隔离栅层在所述第一表面上包括：

39、形成第一介电层在所述第一表面上；

40、形成第一分裂栅电极和第二分裂栅电极在所述第一介电层上，且所述第一分裂栅电极和所述第二分裂栅电极彼此间隔开；

41、去除所述第一介电层在所述第一分裂栅电极和所述第二分裂栅电极上的部分；

42、形成第二介电层在所述第一分裂栅电极、所述第二分裂栅电极和所述第一介电层上。

43、通过采用上述技术方案，先去除部分第一介电层，然后再覆盖第二介电层的分步处理方法，可以更精确地控制每一步骤的厚度和质量。这种分步处理方法使制造工艺更加可控和精细，有助于提高产品的良品率和一致性。

44、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

45、1、基区的部分形成于相邻两个隔离栅层之间，与源极金属有良好的电接触，并通过其更高的掺杂浓度来减少寄生电阻。

46、2、基区的另外部分用于调整源极金属与漏极衬底之间的电流流动，该基区的另外部分朝与隔离栅层平行方向延伸，该基区的另外部分的电场分布的形状表现为向外凸出的形状（外凸型电场），这样形状的电场分布更均匀，一方面减少了局部电场过高导致的提前击穿现象，从而提高了器件的整体击穿耐压；另一方面均匀的电场分布也有助于减少局部热积累，提高器件的热稳定性和可靠性。