本發(fā)明涉及半導體器件，特別地涉及功率半導體器件。

背景技術(shù)：

1、功率半導體器件用于承載大電流和支持高電壓。在本領(lǐng)域中已知多種功率半導體器件，包括例如功率金屬絕緣體半導體場效應晶體管(“misfet”，包括金屬氧化物半導體fet(“mosfet”))、雙極結(jié)型晶體管(“bjt”)、絕緣柵雙極晶體管(“igbt”)、結(jié)型勢壘肖特基二極管、柵極關(guān)斷晶體管(“gto”)、mos控制的晶閘管和多種其他器件。這些功率半導體器件通常由寬帶隙半導體材料制成，例如，碳化硅(“sic”)或基于iii族氮化物(例如，氮化鎵(“gan”))的半導體材料。在本文中，寬帶隙半導體材料是指帶隙大于約1.40ev，例如，大于約2ev的半導體材料。

2、常規(guī)的功率半導體器件通常具有半導體襯底，該半導體襯底具有第一導電類型(例如，n型襯底)，在該襯底上形成具有第一導電類型(例如，n型)的外延層結(jié)構(gòu)。該外延層結(jié)構(gòu)(其可以包括一個或多個單獨的層)的部分用作功率半導體器件的漂移層或漂移區(qū)。該器件通常包括“有源區(qū)”，其包括一個或多個具有結(jié)(例如，p-n結(jié))的“單位單元(unitcell)”結(jié)構(gòu)。有源區(qū)可以形成在漂移區(qū)上和/或漂移區(qū)中。有源區(qū)充當主結(jié)，用于在反向偏置方向上阻擋電壓并在正向偏置方向上提供電流流動。功率半導體器件還可以具有在與有源區(qū)相鄰的終端區(qū)中的邊緣終端(edge?termination)?？梢栽谝r底上形成一個或多個功率半導體器件，并且每個功率半導體器件通常將具有其自己的邊緣終端。在襯底被完全處理之后，所得結(jié)構(gòu)可以被切割以分離單獨的邊緣端接(edge-terminated)的功率半導體器件。

3、功率半導體器件可以具有單位單元構(gòu)造，其中有源區(qū)的大量單獨的單位單元結(jié)構(gòu)并聯(lián)電連接以用作單個功率半導體器件。在高功率應用中，這種功率半導體器件可以包括在單個芯片或“管芯”中實現(xiàn)的數(shù)千或數(shù)萬個單位單元。管芯或芯片可以包括其中制造有電子電路元件的一小塊半導體材料或其他襯底。

4、功率半導體器件被設計為(在正向或反向阻擋狀態(tài)下)阻擋大電壓和/或電流，或者(在正向操作狀態(tài)下)使大電壓和/或電流通過。例如，在阻擋狀態(tài)下，功率半導體器件可以被設計為承受數(shù)百或數(shù)千伏特的電位。當施加的電壓接近或超過器件被設計為阻擋的電壓水平時，非平凡水平的電流(稱為漏電流)可能開始流過功率半導體器件。器件的阻擋能力可以根據(jù)漂移區(qū)的摻雜密度/濃度和厚度等而變化。如果施加到器件的電壓增加到超過擊穿電壓達到臨界水平，那么增加的電場可能導致半導體器件內(nèi)電荷載流子的不可控和不期望的失控生成，從而導致稱為雪崩擊穿的狀況。

5、功率半導體器件可以具有橫向結(jié)構(gòu)或垂直結(jié)構(gòu)。在具有橫向結(jié)構(gòu)的器件中，器件的端子(例如，功率mosfet器件的漏極端子、柵極端子和源極端子)位于半導體層結(jié)構(gòu)的同一主表面(例如，頂或底)上。相比之下，在具有垂直結(jié)構(gòu)的器件中，在半導體層結(jié)構(gòu)的每個主表面上設置至少一個端子(例如，在垂直mosfet器件中，源極可以在半導體層結(jié)構(gòu)的頂表面上，并且漏極可以在半導體層結(jié)構(gòu)的底表面上)。半導體層結(jié)構(gòu)可以包括或可以不包括在下面的襯底。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)一些實施例，功率半導體器件包括半導體層結(jié)構(gòu)，該半導體層結(jié)構(gòu)包括寬帶隙半導體材料。半導體層結(jié)構(gòu)包括第一導電類型的漂移區(qū)以及半導體層結(jié)構(gòu)上的第一接觸件和第二接觸件。漂移區(qū)包括寬帶隙半導體材料，以及被配置為在電流密度閾值以下提供第一接觸件和第二接觸件之間的單極傳導，和在電流密度閾值以上提供第一接觸件和第二接觸件之間的雙極傳導。

2、在一些實施例中，漂移區(qū)可以具有大于約5x1014原子/cm3的第一導電類型的摻雜劑的濃度。漂移區(qū)中的第二導電類型的摻雜劑的濃度可以小于第一導電類型的摻雜劑的濃度。

3、在一些實施例中，第一接觸件和第二接觸件可以位于半導體層結(jié)構(gòu)的相反的第一表面和第二表面上，以及漂移區(qū)還包括與第一表面和第二表面間隔開的多個離散少數(shù)載流子復合位點。

4、在一些實施例中，柵極可以設置為與半導體層結(jié)構(gòu)的第一表面相鄰。第一接觸件和第二接觸件可以是半導體層結(jié)構(gòu)的第一表面上的源極接觸件以及半導體層結(jié)構(gòu)的與第一表面相反的第二表面上的漏極接觸件。

5、在一些實施例中，半導體層結(jié)構(gòu)還可以包括漂移區(qū)和漏極接觸件之間的第二導電類型的集電極區(qū)以及與漏極接觸件相鄰的集電極區(qū)中的至少一個第一導電類型的漏極間隙。

6、在一些實施例中，半導體層結(jié)構(gòu)還可以包括位于集電極區(qū)和漂移區(qū)之間的第一導電類型的場停止區(qū)。

7、在一些實施例中，半導體層結(jié)構(gòu)還可以包括位于漏極接觸件和漂移區(qū)之間的半導體層。半導體層可以與漂移區(qū)的寬帶隙半導體材料限定異質(zhì)結(jié)，以及可以包括場停止區(qū)、集電極區(qū)和其中的至少一個漏極間隙。

8、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以是具有比漂移區(qū)更高的摻雜劑濃度的第一導電類型和/或第二導電類型的多個摻雜區(qū)。

9、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以是漂移區(qū)的晶格中的缺陷。

10、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以包括氬和/或氫。

11、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以位于半導體層結(jié)構(gòu)的第一表面與第二表面之間限定的厚度的約15％至約85％的深度處。

12、在一些實施例中，漂移區(qū)中的摻雜劑的第一濃度可以約為5x1014至5x1017原子/cm3。

13、根據(jù)一些實施例，功率半導體器件包括半導體層結(jié)構(gòu)，該半導體層結(jié)構(gòu)包括第一導電類型的漂移區(qū)和第二導電類型的集電極區(qū)以及分別位于半導體層結(jié)構(gòu)的相反的第一表面和第二表面上的第一接觸件和第二接觸件。集電極區(qū)位于漂移區(qū)和第二表面之間。漂移區(qū)包括大于約5x1014原子/cm3的第一導電類型的摻雜劑的第一濃度。漂移區(qū)中的第二導電類型的摻雜劑的第二濃度小于第一濃度。

14、在一些實施例中，漂移區(qū)可以被配置為在電流密度閾值以下提供第一接觸件和第二接觸件之間的單極傳導，以及在電流密度閾值以上提供第一接觸件和第二接觸件之間的雙極傳導。

15、在一些實施例中，半導體層結(jié)構(gòu)還可以包括位于集電極區(qū)和漂移區(qū)之間的第一導電類型的場停止區(qū)。

16、在一些實施例中，半導體層結(jié)構(gòu)還可以包括集電極區(qū)中的至少一個第一導電類型的漏極間隙。

17、在一些實施例中，半導體層結(jié)構(gòu)還可以包括第一導電類型的源極區(qū)和與第一表面相鄰的第二導電類型的阱區(qū)，以及第一接觸件和第二接觸件可以包括第一表面上的源極接觸件和第二表面上的漏極接觸件。

18、在一些實施例中，漂移區(qū)可以包括寬帶隙半導體材料。半導體層可以設置在漏極接觸件和漂移區(qū)之間。半導體層可以與漂移區(qū)的寬帶隙半導體材料限定異質(zhì)結(jié)，以及可以包括場停止區(qū)、集電極區(qū)和至少一個漏極間隙。

19、在一些實施例中，漂移區(qū)還可以包括與相反的第一表面和第二表面間隔開的多個離散少數(shù)載流子復合位點。

20、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以為具有比漂移區(qū)更高的摻雜劑濃度的第一和/或第二導電類型的多個摻雜區(qū)。

21、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以是漂移區(qū)的晶格中的缺陷。

22、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以包括氬和/或氫。

23、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以位于半導體層結(jié)構(gòu)的第一表面與第二表面之間限定的厚度的約15％至約85％的深度處。

24、在一些實施例中，漂移區(qū)中的摻雜劑的第一濃度可以約為5x1014至5x1017原子/cm3。

25、根據(jù)一些實施例，功率半導體器件包括半導體層結(jié)構(gòu)，該半導體層結(jié)構(gòu)包括第一導電類型的漂移區(qū)以及分別位于半導體層結(jié)構(gòu)的相反的第一表面和第二表面上的第一接觸件和第二接觸件。漂移區(qū)被配置為在第一接觸件和第二接觸件之間提供多數(shù)載流子傳導，以及包括與第一表面和第二表面間隔開的多個離散少數(shù)載流子復合位點。

26、在一些實施例中，半導體層結(jié)構(gòu)還可以包括第一導電類型的源極區(qū)和與第一表面相鄰的第二導電類型的阱區(qū)，以及第一接觸件和第二接觸件可以是第一表面上的源極接觸件和第二表面上的漏極接觸件。

27、在一些實施例中，半導體層結(jié)構(gòu)還可以包括與第一表面相鄰的柵極，以及少數(shù)載流子復合位點可以位于柵極和漏極接觸件之間。

28、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以位于半導體層結(jié)構(gòu)的第一表面與第二表面之間限定的厚度的約15％至約85％的深度處。

29、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以橫向彼此間隔開約0.2μm至約2.0μm的間距。

30、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以為具有比漂移區(qū)更高的摻雜劑濃度的第一導電類型和/或第二導電類型的多個摻雜區(qū)。

31、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以是漂移區(qū)的晶格中的缺陷。

32、在一些實施例中，離散少數(shù)載流子復合位點可以包括氬和/或氫。

33、在一些實施例中，半導體層結(jié)構(gòu)還可以包括漂移區(qū)和漏極接觸件之間的第二導電類型的集電極區(qū)；集電極區(qū)和漂移區(qū)之間的第一導電類型的場停止區(qū)；以及與漏極接觸件相鄰的集電極區(qū)中的至少一個第一導電類型的漏極間隙。

34、在一些實施例中，漂移區(qū)可以包括寬帶隙半導體材料。

35、在一些實施例中，半導體層結(jié)構(gòu)還可以包括漏極接觸件和漂移區(qū)之間的半導體層，其中半導體層與漂移區(qū)的寬帶隙半導體材料限定異質(zhì)結(jié)，以及該半導體層包括場停止區(qū)、集電極區(qū)和至少一個漏極間隙。

36、在一些實施例中，漂移區(qū)可以包括約5x1014至5x1017原子/cm3的第一導電類型的摻雜劑的濃度，其中漂移區(qū)中的第二導電類型的摻雜劑的濃度小于第一導電類型的摻雜劑的濃度。

37、在一些實施例中，漂移區(qū)可以被配置為在電流密度閾值以下提供第一接觸件和第二接觸件之間的多數(shù)載流子的單極傳導，以及在電流密度閾值以上提供第一接觸件和第二接觸件之間的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子的雙極傳導。

38、根據(jù)一些實施例，制造功率半導體器件的方法包括形成包括第一導電類型的漂移區(qū)的半導體層結(jié)構(gòu)，以及在漂移區(qū)中形成多個離散少數(shù)載流子復合位點，其中離散少數(shù)載流子復合位點與半導體層結(jié)構(gòu)的相反的第一表面和第二表面間隔開。

39、在一些實施例中，形成半導體層結(jié)構(gòu)可以包括使用外延生長過程在襯底上形成漂移區(qū)，使得第一表面與襯底相反，以及形成離散少數(shù)載流子復合位點可以包括將離子注入到漂移區(qū)中。

40、在一些實施例中，可以從第一表面執(zhí)行注入。

41、在一些實施例中，可以在外延生長過程的間歇期間執(zhí)行所述注入。

42、在一些實施例中，該方法還可以包括響應于外延生長過程的完成而去除襯底，以及可以從第二表面執(zhí)行注入。

43、在一些實施例中，離子可以包括第一導電類型和/或第二導電類型的摻雜劑，以及注入可以將離散少數(shù)載流子復合位點形成為具有比漂移區(qū)更高的摻雜劑濃度的多個摻雜區(qū)。

44、在一些實施例中，離子可以包括中性物質(zhì)，以及注入可以將離散少數(shù)載流子復合位點形成為漂移區(qū)的晶格中的缺陷。

45、在一些實施例中，注入可以在半導體層結(jié)構(gòu)的第一表面和第二表面之間限定的厚度的約15％至約85％的深度處形成離散少數(shù)載流子復合位點。

46、在一些實施例中，形成半導體層結(jié)構(gòu)還可以包括：形成與漂移區(qū)相鄰的第一導電類型的場停止區(qū)、形成與場停止區(qū)相鄰的第二導電類型的集電極區(qū)以及在集電極區(qū)的部分之間形成至少一個第一導電類型的漏極間隙。

47、在一些實施例中，至少一個漏極間隙可以被配置為在電流密度閾值以下提供在半導體層結(jié)構(gòu)的相反的第一表面和第二表面上的第一接觸件和第二接觸件之間的單極傳導。集電極區(qū)和場停止區(qū)之間的p-n結(jié)可以被配置為在電流密度閾值以上提供第一接觸件和第二接觸件之間的雙極傳導。

48、在一些實施例中，形成背側(cè)結(jié)構(gòu)可以包括將離子注入到第二表面中以形成場停止區(qū)、集電極區(qū)和至少一個漏極間隙。

49、在一些實施例中，形成背側(cè)結(jié)構(gòu)可以包括：去除襯底以暴露漂移區(qū)的與第一表面相反的表面、在漂移區(qū)的所述表面上形成半導體層，其中半導體層與漂移區(qū)的寬帶隙半導體材料限定異質(zhì)結(jié)，以及將離子注入到半導體層中以形成場停止區(qū)、集電極區(qū)和至少一個漏極間隙。

50、在一些實施例中，漂移區(qū)可以包括約5x1014至5x1017原子/cm3的第一導電類型的摻雜劑的濃度，其中漂移區(qū)中第二導電類型的摻雜劑的濃度小于第一導電類型的摻雜劑的濃度。

51、對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，在閱讀以下附圖和詳細描述后，根據(jù)一些實施例的其他器件、裝置和/或方法將是明顯的。除上述實施例的任何和所有組合外，所有這些附加實施例也應包括在本說明書中、在本發(fā)明的范圍內(nèi)并受隨附權(quán)利要求的保護。