[發明專利]一種具有異質結結構的雙極型功率半導體器件

在審

• 申請號: 201310637564.1
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103887333A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 何敏;陳思哲;王玨
• 申請（專利權）人: 杭州恩能科技有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種具有異質結結構的雙極型功率半導體裝置，本發明還涉及多種具有異質結結構的雙極型功率半導體裝置的制備方法，本發明的半導體裝置主要用于高壓大容量功率變換器。?

背景技術

經過將近二十年的研究和發展，以碳化硅(SiC)為代表的新型寬帶隙器件無論是對其理論上的機制原理和實際的器件制造工藝而言，均已逐漸走向成熟，并開始接近實際應用的性能等級；而長時間占據半導體工業核心的硅材料器件的性能則已經趨向自身的理論特性極限，越來越難以滿足和跟上電力電子功率變換場合不斷提高的應用要求和新的技術變革趨勢。?

伴隨著新能源的廣泛應用，對于功率器件的性能提出了更加嚴格的要求。相比傳統的硅材料，目前涌現出的新型寬帶隙功率器件具有更加優秀的高頻、高耐壓等功率變換場合極為需要的重要特性。?

目前，新型器件的應用最重要的例子即SiC-SBD的成功應用。憑借碳化硅材料高耐壓能力和肖特基勢壘二極管結構單極性工作無反向?恢復電流的特性，SiC-SBD在多種應用場合體現了巨大的優勢，使得傳統開關電源(SMPS)電路限制工作頻率提高的很大部分原因從根本上得到了解決。而對于碳化硅材料的MOSFET、JFET、BJT等開關管，目前受限于晶片缺陷和穩定性問題，以及高昂的價格，應用依然有限。?

此外，目前SiC材料的開關管主要為單極型器件，即在器件電流導通過程中，單一類型的載流子其主導作用。這種形式的器件優點是器件外延不存在少子注入與存儲，可以實現器件快速的開通與關斷。然而，對于SiC器件，特別是高壓SiC器件，單芯片電流容量與芯片有效區域面積一直是不可回避的矛盾。使用雙極型器件結構可以很好的解決這一矛盾。與單極型器件不同的是，雙極型器件在導通時外延區域存在顯著的少子注入效應，帶有不同電荷的載流子在漂移區形成了大密度的等離子體，能夠顯著減小器件的導通電阻，增加電流導通能力。不過，SiC雙極型器件的開啟電壓較高，為3V左右。因此，器件導通時的導通壓降很大。較高的開啟電壓是由SiC材料本身的寬禁帶特性決定的，而使用基于SiC材料的異質結結構被認為可以較好的解決這一問題。?

本發明提出了一種具有異質結結構的雙極型器件結構及制備方法。該方法工藝簡單，具有良好的工藝可行性和兼容性，能夠有效解決高壓?SiC功率器件電流能力不高以及開啟電壓較大的問題。?

發明內容

本發明提出一種具有異質結結構的雙極型功率半導體裝置，其特征在于器件表面存在縱向或橫向電流導通溝道，同時，電流垂直流過整個半導體器件；?

本發明提出一種具有異質結結構的雙極型功率半導體裝置，其特征在于器件導通過程中處于雙極型導通模式，具有較大的電流導通能力；?

本發明提出一種具有異質結結構的雙極型功率半導體裝置，其特征在于使用異質結結構降低傳統的SiC?PN結勢壘，使得器件具有較低的開啟電壓；?

附圖說明

圖1為實施本發明的一種半導體裝置的第一步工藝截面圖?

圖2為實施本發明的一種半導體裝置的第二步工藝截面圖?

圖3為實施本發明的一種半導體裝置的第三步工藝截面圖?

圖4為實施本發明的一種半導體裝置的第四步工藝截面圖?

圖5為實施本發明的一種半導體裝置的第五步工藝截面圖?

圖6為實施本發明的一種半導體裝置的第六步工藝截面圖?

圖7為實施本發明的一種半導體裝置的第七步工藝截面圖?

符號說明?

11??N⁺SiC襯底?

12??N^-SiC外延層?

13??N型SiC緩沖層?

14??P⁺摻雜Si外延層?

15??P型勢壘井?

16??N型注入源極區域?

17??絕緣電介質?

18??門極電極?

19??發射極電極?

20??集電極電極?

具體實施方式

圖7為為本發明的一種具有垂直溝道的半導體裝置截面圖，下面結合圖7詳細說明本發明的半導體裝置。?

一種具有異質結結構的雙極型半導體裝置，包括：襯底層11，為N型SiC襯底，在襯底層11上生長外延層12，為N型SiC外延，外延摻雜濃度與外延厚度根據器件電壓擊穿等級確定；在N型SiC外延上繼續生長SiC緩沖層13，為接下來的異質結生長做準備；在緩沖層13表面，生長P型摻雜的Si半導體材料，作為器件制備過程中的集電極。?