[發明專利]具有快速切換能力的超結功率半導體裝置

在審

• 申請號: 201780019384.3
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN108780806A
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: A.V.博羅特尼科夫;P.A.羅西;D.A.利利恩菲爾德;R.甘地
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L29/808;H01L29/861;H01L29/872;H01L29/732;H01L21/336;H01L21/337;H01L21/329;H01L21/331
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄭浩;閆小龍

超結（SJ）裝置包括一個或多個電荷平衡（CB）層。每個CB層包括具有第一導電型的外延（epi）層和具有第二導電型的多個電荷平衡（CB）區。另外，SJ裝置包括具有第二導電型的連接區，該連接區從設置在SJ裝置的裝置層的頂部表面中的區延伸到CB區中的一個或多個。連接區使載流子能夠從該區直接地流動到一個或多個CB區，這減少SJ裝置的切換損耗。

背景技術

本文中所公開的主題涉及半導體功率裝置，且更具體地，涉及超結（SJ）半導體功率裝置。

對于半導體功率裝置，超結（也稱為電荷平衡）設計提供若干優點。例如，相對于傳統的單極裝置設計，超結裝置展示出減少的電阻以及每單位面積的減少的傳導損耗。然而，利用浮置區的超結裝置的切換速度取決于半導體材料中的載流子的復合-產生速率。對于一些半導體材料（例如，寬帶隙材料），復合-產生速率可能是相對低的，且可能導致不期望的切換速度。為了提高這樣的超結裝置的復合-產生速率和切換速度，點缺陷可能被引入到半導體材料中。然而，點缺陷可能增加裝置的泄漏電流。因此，可以期望開發采用浮置區的超結裝置設計，其具有高切換速度，而基本上未增加泄漏電流。

發明內容

在一個實施例中，超結（SJ）裝置包括具有第一導電型的裝置層。裝置層包括設置在裝置層的頂部表面中的具有第二導電型的頂部區。另外，SJ裝置包括設置成與裝置層相鄰的具有第一導電型的第一電荷平衡（CB）層。第一CB包括具有第二導電型的第一多個電荷平衡（CB）區。此外，SJ裝置包括設置在裝置層和第一CB層中的具有第二導電型的第一連接區。第一連接區從裝置層的頂部區延伸到第一CB層的第一多個CB區的至少第一CB區。

在一個實施例中，超結（SJ）裝置包括具有第一導電型的至少一個外延（epi）層，該外延（epi）層包括具有第二導電型的多個電荷平衡（CB）區，其用來形成至少一個電荷平衡（CB）層。多個CB區中的每個的厚度小于至少一個CB層的厚度。另外，SJ裝置包括具有第一導電型的頂部外延層，該頂部外延層設置成與至少一個CB層相鄰，以形成裝置層。裝置層包括具有第二導電型的頂部區。此外，SJ裝置包括具有第二導電型的連接區。連接區從裝置層的頂部區延伸到至少一個CB層的多個CB區中的至少一個。

在一個實施例中，制造超結（SJ）裝置的方法包括在半導體襯底層之上形成具有第一導電型的第一半導體層。第一半導體層由寬帶隙材料形成。另外，該方法包括將具有第二導電型的第一多個電荷平衡（CB）區注入到第一半導體層中。此外，該方法包括在第一半導體層的上方形成具有第一導電型的第二半導體層。該方法還包括將具有第二導電型的連接區注入到第二半導體層中。連接區延伸通過第二半導體層而到達第一多個CB區的至少第一CB區。此外，該方法包括將具有第二導電型的頂部區注入到與連接區相鄰的第二半導體層中。連接區從頂部區延伸到第一多個CB區的第一CB區。

附圖說明

當參考附圖而閱讀以下的詳細描述時，本發明的這些及其它特征、方面和優點將變得更好理解，在附圖中，相似的字符在附圖通篇中表示相似部分，其中：

圖1圖示根據實施例的超結（SJ）金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）裝置的透視圖，該裝置包括多個電荷平衡（CB）層，這些層各自具有多個電荷平衡（CB）區；

圖2圖示根據實施例的圖1的SJ MOSFET裝置的漂移區的橫截面圖；

圖3圖示根據實施例的SJ MOSFET裝置的透視圖，該SJ MOSFET裝置包括連接區，該連接區使SJ裝置的阱區與CB層的CB區鄰接；

圖4圖示根據實施例的SJ MOSFET裝置的透視圖，該SJ MOSFET裝置包括連接區，該連接區使SJ裝置的阱區與CB層的CB區鄰接；

圖5是根據實施例的CB層的自頂向下視圖，該CB層包括CB區和連接區；