本發(fā)明涉及半導(dǎo)體,尤其涉及一種功率器件及制備方法、功率模塊、功率轉(zhuǎn)換電路和車輛。
背景技術(shù):
1、常規(guī)的功率器件中,平面結(jié)構(gòu)碳化硅(sic)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(mosfet)的外延層、溝道區(qū)均為碳化硅。由于碳化硅材料的界面態(tài)密度較高,其溝道遷移率往往低于30cm2/v·s。常規(guī)的平面結(jié)構(gòu)sic?mosfet在4h-sic(000-1)面形成溝道,但(000-1)面的界面缺陷密度高,使碳化硅的溝道遷移率降低;溝槽結(jié)構(gòu)的sic?mosfet在4h-sic(11-20)面形成溝道,(11-20)面界面缺陷密度較低,使sic的溝道遷移率有一定程度提高。但溝槽結(jié)構(gòu)的sic?mosfet在槽角及底部的直角(或鈍角)結(jié)構(gòu)使電場加劇,反向易被擊穿。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供了一種功率器件及制備方法、功率模塊、功率轉(zhuǎn)換電路和車輛,可以提高溝道遷移率,且不改變原有的反向擊穿特性。
2、根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供了一種功率器件,包括:
3、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),其中,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底和外延層,襯底為第一摻雜類型;外延層位于襯底的一側(cè),外延層與襯底的摻雜類型相同;第一摻雜類型區(qū)位于外延層遠(yuǎn)離襯底的表面;
4、絕緣層,絕緣層位于外延層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),絕緣層設(shè)置有第一通孔,第一通孔貫穿絕緣層,且露出部分第一摻雜類型區(qū);
5、歐姆接觸層,歐姆接觸層位于第一通孔內(nèi)部
6、溝道層,溝道層位于歐姆接觸層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),溝道層覆蓋歐姆接觸層和絕緣層;溝道層包括第一子區(qū)、第二子區(qū)和第三子區(qū),第二子區(qū)在襯底的正投影和歐姆接觸層在襯底的正投影重合;第一子區(qū)位于第三子區(qū)遠(yuǎn)離第二子區(qū)的一側(cè);第一子區(qū)和第二子區(qū)為第一摻雜類型;
7、柵氧層,柵氧層位于溝道層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),柵氧層覆蓋第二子區(qū)、第三子區(qū)和部分第一子區(qū);
8、柵極,柵極位于柵氧層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),柵極覆蓋部分柵氧層,第三子區(qū)在襯底的正投影和柵極在襯底的正投影重合。
9、可選的,溝道層還包括第四子區(qū),第四子區(qū)位于第一子區(qū)和第三子區(qū)之間,以及位于第三子區(qū)與第二子區(qū)之間;第四子區(qū)的摻雜濃度小于第一子區(qū)的摻雜濃度。
10、可選的,功率器件還包括:
11、第二摻雜類型區(qū)和阱區(qū),第二摻雜類型區(qū)和阱區(qū)位于外延層遠(yuǎn)離襯底的表面;第二摻雜類型區(qū)位于阱區(qū)遠(yuǎn)離第一摻雜類型區(qū)的一側(cè);阱區(qū)位于第一摻雜類型區(qū)的兩側(cè),且與第一摻雜類型區(qū)接觸;阱區(qū)為第二摻雜類型;
12、絕緣層還包括第二通孔,第二通孔貫穿絕緣層,且露出部分第二摻雜類型區(qū)。
13、可選的,第二摻雜類型區(qū)、阱區(qū)的數(shù)量為兩個;兩個阱區(qū)之間的部分區(qū)域?yàn)榈谝粨诫s類型區(qū);
14、溝道層包括兩個第一子區(qū)、一個第二子區(qū)和兩個第三子區(qū),沿第一方向的排列順序?yàn)榈谝蛔訁^(qū)、第三子區(qū)、第二子區(qū)、第三子區(qū)和第一子區(qū),第一方向垂直于襯底指向外延層的方向;柵氧層暴露兩側(cè)邊緣的部分第一子區(qū);
15、柵極包括第一柵極和第二柵極,第一柵極在襯底的正投影與一個第三子區(qū)在襯底的正投影重合;第二柵極在襯底的正投影與另一個第三子區(qū)在襯底的正投影重合。
16、可選的,功率器件還包括:
17、平坦化層,平坦化層位于柵極遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),平坦化層覆蓋柵極、柵極未覆蓋的柵氧層。
18、可選的,功率器件還包括:
19、第一電極和第二電極;
20、第一電極位于襯底遠(yuǎn)離外延層的一側(cè),第一電極覆蓋襯底;第二電極位于平坦化層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),第二電極覆蓋平坦化層、第二摻雜類型區(qū)和平坦化層未覆蓋的第一子區(qū)。
21、可選的,功率器件還包括:
22、封裝結(jié)構(gòu),封裝結(jié)構(gòu)包括鈍化層和保護(hù)層;
23、鈍化層位于第二電極遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),鈍化層在襯底上的正投影與平坦化層在襯底上的正投影部分交疊;
24、保護(hù)層位于鈍化層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),保護(hù)層覆蓋鈍化層以及覆蓋鈍化層遠(yuǎn)離邊緣一側(cè)的側(cè)壁。
25、根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種功率模塊,包括基板與本發(fā)明任意實(shí)施例所述的功率器件,基板用于承載功率器件。
26、根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種功率轉(zhuǎn)換電路,功率轉(zhuǎn)換電路用于電流轉(zhuǎn)換、電壓轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)校正中的一個或多個;
27、功率轉(zhuǎn)換電路包括電路板以及本發(fā)明任意實(shí)施例所述的功率器件,功率器件與電路板電連接。
28、根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種車輛,包括負(fù)載以及本發(fā)明任意實(shí)施例所述的功率轉(zhuǎn)換電路,功率轉(zhuǎn)換電路用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電、將交流電轉(zhuǎn)換為交流電、將直流電轉(zhuǎn)換為直流電或者將直流電轉(zhuǎn)換為交流電后,輸入到負(fù)載。
29、根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種功率器件的制備方法,包括:
30、制備半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),其中,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底和外延層,襯底為第一摻雜類型;外延層位于襯底的一側(cè),外延層與襯底的摻雜類型相同;
31、在外延層遠(yuǎn)離襯底的表面形成第一摻雜類型區(qū);在外延層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè)形成絕緣層;絕緣層設(shè)置有第一通孔,第一通孔貫穿絕緣層,且露出部分第一摻雜類型區(qū);
32、在第一通孔內(nèi)部形成歐姆接觸層;
33、在歐姆接觸層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè)形成溝道子層;溝道子層覆蓋歐姆接觸層和絕緣層;
34、在溝道子層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè)形成柵氧子層;柵氧子層覆蓋溝道子層;
35、在柵氧子層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè)形成柵極;柵極覆蓋部分柵氧子層;
36、以柵極作為掩膜板,對溝道子層進(jìn)行第一摻雜類型的離子注入,形成第一子區(qū)和第二子區(qū),以形成溝道層;第二子區(qū)在襯底的正投影和歐姆接觸層在襯底的正投影重合;溝道層包括第一子區(qū)、第二子區(qū)和第三子區(qū),第三子區(qū)在襯底的正投影和柵極在襯底的正投影重合;第一子區(qū)位于第三子區(qū)遠(yuǎn)離第二子區(qū)的一側(cè);第一子區(qū)和第二子區(qū)為第一摻雜類型;
37、刻蝕柵氧子層形成柵氧層;柵氧層覆蓋第二子區(qū)、第三子區(qū)和部分第一子區(qū)。
38、可選的,以柵極作為掩膜板,對溝道子層進(jìn)行第一摻雜類型的離子注入,形成第一子區(qū)和第二子區(qū),以形成溝道層之后,還包括:
39、在柵氧子層遠(yuǎn)遠(yuǎn)離襯底的一側(cè)形成第一掩膜板;
40、圖案化第一掩膜板;
41、通過圖案化后的第一掩膜板對溝道層進(jìn)行第一摻雜類型的離子注入,形成第四子區(qū);第四子區(qū)位于第一子區(qū)和第三子區(qū)之間,以及位于第三子區(qū)與第二子區(qū)之間;第四子區(qū)的摻雜濃度小于第一子區(qū)的摻雜濃度;
42、去除第一掩膜板。
43、可選的,刻蝕柵氧子層形成柵氧層之前,還包括:
44、在柵極遠(yuǎn)離襯底的一側(cè)形成平坦化子層;平坦化子層覆蓋柵極和柵極未覆蓋柵氧子層;
45、刻蝕柵氧子層形成柵氧層,包括:
46、同時刻蝕平坦化子層和柵氧子層,形成平坦化層和柵氧層;使得柵氧層和平坦化層暴露溝道層兩側(cè)邊緣的第一子區(qū)。
47、可選的,在外延層遠(yuǎn)離襯底的表面形成第一摻雜類型區(qū)之前,包括:
48、在外延層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè)形成第二掩膜板;
49、圖案化第二掩膜板;
50、通過圖案化后的第二掩膜板對外延層進(jìn)行第二摻雜類型的離子注入,形成第二摻雜類型區(qū);
51、去除第二掩膜板;
52、在外延層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè)形成第三掩膜板;
53、圖案化第三掩膜板;
54、通過圖案化后的第三掩膜板對外延層進(jìn)行第二摻雜類型的離子注入,形成阱區(qū);
55、去除第三掩膜板。
56、本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案提供的功率器件包括:半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),其中,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底和外延層,襯底為第一摻雜類型;外延層位于襯底的一側(cè),外延層與襯底的摻雜類型相同;第一摻雜類型區(qū)位于外延層遠(yuǎn)離襯底的表面;絕緣層,絕緣層位于外延層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),絕緣層設(shè)置有第一通孔,第一通孔貫穿絕緣層,且露出部分第一摻雜類型區(qū);歐姆接觸層,歐姆接觸層位于第一通孔內(nèi)部;溝道層,溝道層位于歐姆接觸層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),溝道層覆蓋歐姆接觸層和絕緣層;溝道層包括第一子區(qū)、第二子區(qū)和第三子區(qū),第二子區(qū)在襯底的正投影和歐姆接觸層在襯底的正投影重合;第一子區(qū)位于第三子區(qū)遠(yuǎn)離第二子區(qū)的一側(cè);第一子區(qū)和第二子區(qū)為第一摻雜類型;柵氧層,柵氧層位于溝道層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),柵氧層覆蓋第二子區(qū)、第三子區(qū)和部分第一子區(qū);柵極,柵極位于柵氧層遠(yuǎn)離襯底的一側(cè),柵極覆蓋部分柵氧層,第三子區(qū)在襯底的正投影和柵極在襯底的正投影重合。本發(fā)明實(shí)施例通過溝道層可以提高器件溝道遷移率;溝道層與第一摻雜類型區(qū)和外延層串聯(lián),可以在提高器件溝道遷移率的同時,不會影響器件的反向擊穿特性。
57、應(yīng)當(dāng)理解,本部分所描述的內(nèi)容并非旨在標(biāo)識本發(fā)明的實(shí)施例的關(guān)鍵或重要特征,也不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它特征將通過以下的說明書而變得容易理解。