宽带隙单极/双极晶体管的制作方法

本发明涉及半导体器件，特别地涉及功率半导体器件。

背景技术：

1、功率半导体器件用于承载大电流和支持高电压。在本领域中已知多种功率半导体器件，包括例如功率金属绝缘体半导体场效应晶体管(“misfet”，包括金属氧化物半导体fet(“mosfet”))、双极结型晶体管(“bjt”)、绝缘栅双极晶体管(“igbt”)、结型势垒肖特基二极管、栅极关断晶体管(“gto”)、mos控制的晶闸管和多种其他器件。这些功率半导体器件通常由宽带隙半导体材料制成，例如，碳化硅(“sic”)或基于iii族氮化物(例如，氮化镓(“gan”))的半导体材料。在本文中，宽带隙半导体材料是指带隙大于约1.40ev，例如，大于约2ev的半导体材料。

2、常规的功率半导体器件通常具有半导体衬底，该半导体衬底具有第一导电类型(例如，n型衬底)，在该衬底上形成具有第一导电类型(例如，n型)的外延层结构。该外延层结构(其可以包括一个或多个单独的层)的部分用作功率半导体器件的漂移层或漂移区。该器件通常包括“有源区”，其包括一个或多个具有结(例如，p-n结)的“单位单元(unitcell)”结构。有源区可以形成在漂移区上和/或漂移区中。有源区充当主结，用于在反向偏置方向上阻挡电压并在正向偏置方向上提供电流流动。功率半导体器件还可以具有在与有源区相邻的终端区中的边缘终端(edge termination)。可以在衬底上形成一个或多个功率半导体器件，并且每个功率半导体器件通常将具有其自己的边缘终端。在衬底被完全处理之后，所得结构可以被切割以分离单独的边缘端接(edge-terminated)的功率半导体器件。

3、功率半导体器件可以具有单位单元构造，其中有源区的大量单独的单位单元结构并联电连接以用作单个功率半导体器件。在高功率应用中，这种功率半导体器件可以包括在单个芯片或“管芯”中实现的数千或数万个单位单元。管芯或芯片可以包括其中制造有电子电路元件的一小块半导体材料或其他衬底。

4、功率半导体器件被设计为(在正向或反向阻挡状态下)阻挡大电压和/或电流，或者(在正向操作状态下)使大电压和/或电流通过。例如，在阻挡状态下，功率半导体器件可以被设计为承受数百或数千伏特的电位。当施加的电压接近或超过器件被设计为阻挡的电压水平时，非平凡水平的电流(称为漏电流)可能开始流过功率半导体器件。器件的阻挡能力可以根据漂移区的掺杂密度/浓度和厚度等而变化。如果施加到器件的电压增加到超过击穿电压达到临界水平，那么增加的电场可能导致半导体器件内电荷载流子的不可控和不期望的失控生成，从而导致称为雪崩击穿的状况。

5、功率半导体器件可以具有横向结构或垂直结构。在具有横向结构的器件中，器件的端子(例如，功率mosfet器件的漏极端子、栅极端子和源极端子)位于半导体层结构的同一主表面(例如，顶或底)上。相比之下，在具有垂直结构的器件中，在半导体层结构的每个主表面上设置至少一个端子(例如，在垂直mosfet器件中，源极可以在半导体层结构的顶表面上，并且漏极可以在半导体层结构的底表面上)。半导体层结构可以包括或可以不包括在下面的衬底。

技术实现思路

1、根据一些实施例，功率半导体器件包括半导体层结构，该半导体层结构包括宽带隙半导体材料。半导体层结构包括第一导电类型的漂移区以及半导体层结构上的第一接触件和第二接触件。漂移区包括宽带隙半导体材料，以及被配置为在电流密度阈值以下提供第一接触件和第二接触件之间的单极传导，和在电流密度阈值以上提供第一接触件和第二接触件之间的双极传导。

2、在一些实施例中，漂移区可以具有大于约5x1014原子/cm3的第一导电类型的掺杂剂的浓度。漂移区中的第二导电类型的掺杂剂的浓度可以小于第一导电类型的掺杂剂的浓度。

3、在一些实施例中，第一接触件和第二接触件可以位于半导体层结构的相反的第一表面和第二表面上，以及漂移区还包括与第一表面和第二表面间隔开的多个离散少数载流子复合位点。

4、在一些实施例中，栅极可以设置为与半导体层结构的第一表面相邻。第一接触件和第二接触件可以是半导体层结构的第一表面上的源极接触件以及半导体层结构的与第一表面相反的第二表面上的漏极接触件。

5、在一些实施例中，半导体层结构还可以包括漂移区和漏极接触件之间的第二导电类型的集电极区以及与漏极接触件相邻的集电极区中的至少一个第一导电类型的漏极间隙。

6、在一些实施例中，半导体层结构还可以包括位于集电极区和漂移区之间的第一导电类型的场停止区。

7、在一些实施例中，半导体层结构还可以包括位于漏极接触件和漂移区之间的半导体层。半导体层可以与漂移区的宽带隙半导体材料限定异质结，以及可以包括场停止区、集电极区和其中的至少一个漏极间隙。

8、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以是具有比漂移区更高的掺杂剂浓度的第一导电类型和/或第二导电类型的多个掺杂区。

9、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以是漂移区的晶格中的缺陷。

10、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以包括氩和/或氢。

11、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以位于半导体层结构的第一表面与第二表面之间限定的厚度的约15％至约85％的深度处。

12、在一些实施例中，漂移区中的掺杂剂的第一浓度可以约为5x1014至5x1017原子/cm3。

13、根据一些实施例，功率半导体器件包括半导体层结构，该半导体层结构包括第一导电类型的漂移区和第二导电类型的集电极区以及分别位于半导体层结构的相反的第一表面和第二表面上的第一接触件和第二接触件。集电极区位于漂移区和第二表面之间。漂移区包括大于约5x1014原子/cm3的第一导电类型的掺杂剂的第一浓度。漂移区中的第二导电类型的掺杂剂的第二浓度小于第一浓度。

14、在一些实施例中，漂移区可以被配置为在电流密度阈值以下提供第一接触件和第二接触件之间的单极传导，以及在电流密度阈值以上提供第一接触件和第二接触件之间的双极传导。

15、在一些实施例中，半导体层结构还可以包括位于集电极区和漂移区之间的第一导电类型的场停止区。

16、在一些实施例中，半导体层结构还可以包括集电极区中的至少一个第一导电类型的漏极间隙。

17、在一些实施例中，半导体层结构还可以包括第一导电类型的源极区和与第一表面相邻的第二导电类型的阱区，以及第一接触件和第二接触件可以包括第一表面上的源极接触件和第二表面上的漏极接触件。

18、在一些实施例中，漂移区可以包括宽带隙半导体材料。半导体层可以设置在漏极接触件和漂移区之间。半导体层可以与漂移区的宽带隙半导体材料限定异质结，以及可以包括场停止区、集电极区和至少一个漏极间隙。

19、在一些实施例中，漂移区还可以包括与相反的第一表面和第二表面间隔开的多个离散少数载流子复合位点。

20、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以为具有比漂移区更高的掺杂剂浓度的第一和/或第二导电类型的多个掺杂区。

21、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以是漂移区的晶格中的缺陷。

22、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以包括氩和/或氢。

23、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以位于半导体层结构的第一表面与第二表面之间限定的厚度的约15％至约85％的深度处。

24、在一些实施例中，漂移区中的掺杂剂的第一浓度可以约为5x1014至5x1017原子/cm3。

25、根据一些实施例，功率半导体器件包括半导体层结构，该半导体层结构包括第一导电类型的漂移区以及分别位于半导体层结构的相反的第一表面和第二表面上的第一接触件和第二接触件。漂移区被配置为在第一接触件和第二接触件之间提供多数载流子传导，以及包括与第一表面和第二表面间隔开的多个离散少数载流子复合位点。

26、在一些实施例中，半导体层结构还可以包括第一导电类型的源极区和与第一表面相邻的第二导电类型的阱区，以及第一接触件和第二接触件可以是第一表面上的源极接触件和第二表面上的漏极接触件。

27、在一些实施例中，半导体层结构还可以包括与第一表面相邻的栅极，以及少数载流子复合位点可以位于栅极和漏极接触件之间。

28、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以位于半导体层结构的第一表面与第二表面之间限定的厚度的约15％至约85％的深度处。

29、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以横向彼此间隔开约0.2μm至约2.0μm的间距。

30、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以为具有比漂移区更高的掺杂剂浓度的第一导电类型和/或第二导电类型的多个掺杂区。

31、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以是漂移区的晶格中的缺陷。

32、在一些实施例中，离散少数载流子复合位点可以包括氩和/或氢。

33、在一些实施例中，半导体层结构还可以包括漂移区和漏极接触件之间的第二导电类型的集电极区；集电极区和漂移区之间的第一导电类型的场停止区；以及与漏极接触件相邻的集电极区中的至少一个第一导电类型的漏极间隙。

34、在一些实施例中，漂移区可以包括宽带隙半导体材料。

35、在一些实施例中，半导体层结构还可以包括漏极接触件和漂移区之间的半导体层，其中半导体层与漂移区的宽带隙半导体材料限定异质结，以及该半导体层包括场停止区、集电极区和至少一个漏极间隙。

36、在一些实施例中，漂移区可以包括约5x1014至5x1017原子/cm3的第一导电类型的掺杂剂的浓度，其中漂移区中的第二导电类型的掺杂剂的浓度小于第一导电类型的掺杂剂的浓度。

37、在一些实施例中，漂移区可以被配置为在电流密度阈值以下提供第一接触件和第二接触件之间的多数载流子的单极传导，以及在电流密度阈值以上提供第一接触件和第二接触件之间的少数载流子和多数载流子的双极传导。

38、根据一些实施例，制造功率半导体器件的方法包括形成包括第一导电类型的漂移区的半导体层结构，以及在漂移区中形成多个离散少数载流子复合位点，其中离散少数载流子复合位点与半导体层结构的相反的第一表面和第二表面间隔开。

39、在一些实施例中，形成半导体层结构可以包括使用外延生长过程在衬底上形成漂移区，使得第一表面与衬底相反，以及形成离散少数载流子复合位点可以包括将离子注入到漂移区中。

40、在一些实施例中，可以从第一表面执行注入。

41、在一些实施例中，可以在外延生长过程的间歇期间执行所述注入。

42、在一些实施例中，该方法还可以包括响应于外延生长过程的完成而去除衬底，以及可以从第二表面执行注入。

43、在一些实施例中，离子可以包括第一导电类型和/或第二导电类型的掺杂剂，以及注入可以将离散少数载流子复合位点形成为具有比漂移区更高的掺杂剂浓度的多个掺杂区。

44、在一些实施例中，离子可以包括中性物质，以及注入可以将离散少数载流子复合位点形成为漂移区的晶格中的缺陷。

45、在一些实施例中，注入可以在半导体层结构的第一表面和第二表面之间限定的厚度的约15％至约85％的深度处形成离散少数载流子复合位点。

46、在一些实施例中，形成半导体层结构还可以包括：形成与漂移区相邻的第一导电类型的场停止区、形成与场停止区相邻的第二导电类型的集电极区以及在集电极区的部分之间形成至少一个第一导电类型的漏极间隙。

47、在一些实施例中，至少一个漏极间隙可以被配置为在电流密度阈值以下提供在半导体层结构的相反的第一表面和第二表面上的第一接触件和第二接触件之间的单极传导。集电极区和场停止区之间的p-n结可以被配置为在电流密度阈值以上提供第一接触件和第二接触件之间的双极传导。

48、在一些实施例中，形成背侧结构可以包括将离子注入到第二表面中以形成场停止区、集电极区和至少一个漏极间隙。

49、在一些实施例中，形成背侧结构可以包括：去除衬底以暴露漂移区的与第一表面相反的表面、在漂移区的所述表面上形成半导体层，其中半导体层与漂移区的宽带隙半导体材料限定异质结，以及将离子注入到半导体层中以形成场停止区、集电极区和至少一个漏极间隙。

50、在一些实施例中，漂移区可以包括约5x1014至5x1017原子/cm3的第一导电类型的掺杂剂的浓度，其中漂移区中第二导电类型的掺杂剂的浓度小于第一导电类型的掺杂剂的浓度。

51、对于本领域技术人员，在阅读以下附图和详细描述后，根据一些实施例的其他器件、装置和/或方法将是明显的。除上述实施例的任何和所有组合外，所有这些附加实施例也应包括在本说明书中、在本发明的范围内并受随附权利要求的保护。