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功率半导体器件及其制造方法与制造工艺

作者:小编    发布时间:2024-09-24 02:09:18    浏览量:

  功率半导体器件及其制造方法相关申请的交叉引用该申请要求于2013年2月26日向韩国知识产权局提交的申请号为10-的韩国专利的优先权,该专利的公开内容通过引用并入本文。技术领域本发明涉及一种功率半导体器件及其制造方法。

  绝缘栅双极性晶体管(IGBT)是具有利用金属氧化物半导体(MOS)制造的栅且通过在其后表面上形成p型集电极层而具有双极性的晶体管。由于研制出功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),因此MOSFET已经被用于需要高速开关特性的区域。然而,由于MOSFET具有结构性限制,因此双极性晶体管、晶闸管、栅可关断晶闸管(GTO)等已经被用于需要高电压的区域。IGBT具有正向损耗低、高速开关等特性,并因此扩展至无法通过现有晶闸管、双极性晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等实现的领域。回顾IGBT的工作原理,IGBT器件接通时,向阳极施加大于施加给阴极的电压的一定量的电压并向栅电极施加大于器件的阈值电压的一定量的电压,以使定位在栅电极的下部中的p型主体区域的表面的极性反向,从而形成n型通道。通过通道注入漂移区的电子电流诱使从定位在IGBT器件的下部中的高浓度p型集电极层注入空穴电流,如双极性晶体管的基极电流。由于高浓度注入少数载流子,因此会出现导电率调制,通过该操作漂移区的导电率会增加数十至数百倍。与MOSFET不同,漂移区中的电阻分量因导电率调制而极低,使得IGBT可具有向其施加的极高电压。将阴极中流动的电流分为流过通道的电子电流和流过p型主体与n型漂移区之间的交界处的空穴电流。IGBT对于衬底结构在阳极与阴极之间具有pnp结构并且没有嵌入其中的二极管,与MOSFET不同,以使单独的二极管需要以反平行方式相互连接。IGBT的主要特征在于保持阻断电压、减少传导损耗、提高开关速度等。在相关技术中,IGBT所需的电压的幅值往往会增加,并因此需要增加器件的耐久性。然而,因为器件被小型化,所以当电压幅值增加时,会因器件结构而出现闭锁现象,使得器件可能会被轻易损坏。闭锁指的是当操作结构性存在于IGBT中的pnpn寄生晶闸管时,IGBT可以不再受栅的控制,大量电流由此流向IGBT以使器件过热而被损坏。另外,因为器件被小型化,所以IGBT中会出现短路现象。短路主要发生在负载,例如电机等电感负载,与器件连接的情况下,是指栅在向IGBT施加高电压并因此同时向IGBT施加高电压和大电流的状态下被施加电流的情况。以器件保持在前述短路状态下而不被损坏的时间的形式来评估IGBT的抗短路性。因此,为了确保IGBT的小型化及可靠性,需要一种确保闭锁的鲁棒性并增加抗短路性的方法。以下相关技术文献公开了与绝缘栅双极性晶体管(IGBT)相关的本发明。然而,以下相关技术文献的本发明不包括与本发明一样形成在栅氧化膜的表面上的偏析阻止层,没有公开一种用于在器件接通时增加形成在栅表面上的通道长度的结构,由此与本发明不同。【相关技术文献】韩国专利公开号为No.

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  本发明的一方面提供一种功率半导体器件,该功率半导体器件进一步包括形成在栅氧化膜表面上的偏析阻止层。本发明的一方面提供一种结构,其中在器件接通时形成在栅表面上的通道长度增加。根据本发明的一方面,提供了一种功率半导体器件,该功率半导体器件包括:第一导电型漂移层;形成在漂移层上的第二导电型主体层;形成在漂移层下方的第二导电型集电极层;通过穿透主体层及一部分漂移层而形成的第一栅;形成在主体层中并形成为与第一栅间隔开的第一导电型发射极层;遮盖主体层及发射极层的上部并在第一栅上形成为扁平型栅的第二栅;以及形成在具有主体层、发射极层及漂移层的第一和第二栅的接触表面之间的偏析阻止层。所述偏析阻止层可由氮化硅(SiN)形成。所述偏析阻止层的厚度可以为0.1-10nm。所述发射极层可通过向其注入第一导电型杂质,然后对其施行热处理而形成。所述功率半导体器件还可包括形成在第一栅与第二栅之间的栅绝缘层。所述功率半导体器件还可包括形成在漂移层与集电极层之间的第一导电型缓冲层。所述功率半导体器件还可包括:形成在发射极层上并与发射极层电连接的发射极金属层;以及形成在集电极层下方并与集电极层电连接的集电极金属层。第一导电型可以是n型且第二导电型可以是p型。根据本发明的另一方面,提供了一种制造功率半导体器件的方法,其包括:制备第一导电型漂移层;在漂移层上形成第二导电型主体层;通过穿透主体层及一部分漂移层来形成第一栅;在第一栅的表面上形成偏析阻止层;在形成有偏析阻止层的第一栅上形成栅绝缘层并用多晶硅填充第一栅;在主体层中形成第一导电型发射极层以便与第一栅间隔开;在第一栅上形成遮盖主体层及发射极层的上部的第二栅,该第二栅形成为扁平型栅;以及在漂移层下方形成集电极层。所述偏析阻止层可由氮化硅(SiN)形成。所述偏析阻止层的厚度可以为0.1-10nm。在发射极层形成过程中,可以将第一导电型杂质注入发射极层,然后可以对发射极层施行热处理。制造功率半导体器件的方法还可包括:在形成第二栅之前,在第一栅与第二栅之间形成栅绝缘层。制造功率半导体器件的方法还可包括:在形成集电极层之前,在漂移层与集电极层之间形成第一导电型缓冲层。制造功率半导体器件的方法还可包括:在形成第二栅之后,在发射极层上形成与发射极层电连接的发射极金属层;以及在形成集电极层之后,在集电极层下方形成与集电极层电连接的集电极金属层。第一导电型可以是n型且第二导电型可以是p型。附图说明结合附图,根据下文的详细描述,本发明的上述及其他方面、特征和优势将更清楚地得到理解,其中:图1是根据本发明的实施方式的功率半导体器件的立体示意图;图2是根据本发明的实施方式的功率半导体器件的平面示意图;图3是根据本发明的实施方式的沿图2的A-A线是根据本发明的实施方式的沿图2的B-B线是根据本发明的另一实施方式的沿图2的A-A线是根据本发明的另一实施方式的沿图2的A-A线H示出了根据本发明的实施方式的制造功率半导体器件的...

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