CN119422224A 用于功率半导体器件的制造方法和功率半导体器件 （日立能源有限公司）

2024.12.19PCT/EP2023/0666492023.06.20WO2023/247545EN2023.12.28用于功率半导体器件的制造方法和功率半本公开涉及一种用于功率半导体器件(20)少一个绝缘层(3)包括在所述至少一个绝缘层在空腔(4)内选择性地生长宽带隙WBG半导体材通过形成在所述至少一个空腔(4)与生长衬底(2)之间的至少一个通道(5)而暴露的表面区域被用作种子区域以用于外延生长WBG半导体材料；以及在选择性地生长的WBG半导体材料内或其端部处形成至少一个半导体结，特别是pn结2在晶体生长衬底(2)的表面(2a)形成至少一个绝缘层(3)，所述至少一个绝缘在所述空腔(4)内选择性地生长宽带隙WBG半导体材料以形成外延层(9)的侧向部分在选择性地生长的WBG半导体材料内或在选择性地生长的WBG半导体材料的端部处形3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述生长衬底(2)包括以下各者中的至少一4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述至少一个长度被选择为使得所述至少一个通道(5)通过在所述选择性地生长的WBG材料到达所述外陷是所述晶体生长衬底(2)与所述WBG材料之间的晶格在所述空腔(4)内选择性地生长WBG半导体材料的步骤进一步包括：选择性地生长所8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述WBG掺杂剂分布包括关于所述至少一种掺杂剂的浓度的至少一3在选择性地生长所述WBG半导体材料的步骤中，生长所述MISFET(25)的侧向漂移在所述外延层(9)的侧向部分(12)的第一侧向端部处和/或中心区段中形成源极区域在所述外延层(9)的侧向部分(12)的中心区段中和/或第二侧向端部处形成漏极区域一部分(12)的至少第一区段，所述第一区段包括第一掺杂剂以形成第一类型的半导体材4所述至少一个外延层(9)的第一部分(12)沿所述侧向方向延伸1至所述至少一个外延层(9)的第一部分(12)沿所述侧向方向延伸第一长度，所述度超过所述空腔(4)沿竖直方向(24)的深度的10所述功率半导体器件(20)包括所述至少一个外延层(9)的多个侧向部分和/或形成在多个通道(5)的节距距离分别位于50至5000nm的侧向npn结构(28)和/或竖直npn结构(29)，所述侧向npn结构(28)和/或竖直npn结构在形成所述沟道区域(30)的p型半导体材料与形成源极区域(31)的n型半导体材料之其中，所述源极区域(31)中的掺杂剂浓度高于所述侧向漂移区域(26)中的掺杂剂浓21.根据权利要求19或20所述的功率半导体器件(20)，包括至少两个侧向漂移区域(26)和/或侧向npn结构(28)，其中，所述至少两个侧向漂移结构(26)和/或侧向npn结构22.根据权利要求21所述的功率半导体器件(20)，其中，所述至少两个侧向漂移区域(26)和/或侧向npn结构(28)形成相应的源极区域(31)与公共漏极区域(27)之间的切换桥形成在所述至少一个外延层中的侧向npn结构(28)或竖直npn结构(29)的中器件具有每个器件0.6至1.2kV的电5[0001]本公开涉及一种用于功率半导体器件的制造方法和一种延生长层(外延层)的功率半导体器件中所涉及的相对高的成本和处理复杂性限制了它们[0003]本公开的实施例涉及一种用于功率半导体器件的制造方法和一种对应的功率半[0005]在晶体生长衬底的表面上形成至少一个绝缘层，所述至少一个绝缘层包括在所底的通过形成在所述至少一个空腔与生长衬底之间的至少一个通道而暴露的表面区域被择性地生长的而不是从WBG材料的块体外延层蚀刻的，则可以减少用于制造功率半导体器的WBG结构的更光滑表面提高了在生长的外6[0016]包括第二材料的至少一个外延层，所述至少一个外延层的第一部分在所述至少[0018]此类器件将包括WGB半导体材料的外延层的有利的电性质与侧向功率半导体器件[0019]与现有的功率半导体器件相比，所公开的结构提供了器件能力方面的显著提于已建立的半导体制造过程，并且与仅包括单一WBG材料的器件相比包括若干种有利的性7[0022]替代性地或另外，功率半导体器件包括所述至少一个外延层的多个侧向部分和/[0025]在至少一个实施方式中，功率半导体器件包括至少两个侧向漂移结构和/或侧向元)分别并联或串联电连接来将高电流或高电压分布遍及多[0026]在至少一个实施方式中，功率半导体器件包括金属绝缘体半导体场效应晶体管可以通过减少库仑散射来提高反转沟道载流子迁移率，例如在栅极介电/SiC界面陷阱处。[0029]根据以上第一方面的制造方法特别适合于制造根据第二方面的功率半导体器8[0036]在详细描述特定的功率半导体器件和处理步骤之前，首先参考图1来描述侧向外[0038]可以在合适的衬底2(诸如，Si衬底)上且在低温下生长合适的WBG材料(诸如，3C9选择性地生长到适合于形成功率半导体器件的形次沿竖直方向延伸以形成外延层9的相应的第二竖直部分13a和13b，这些第二竖直部分分可以避免由于外延层9的生长的WBG材料与衬底2的材料之间的晶格失配所致的缺陷。即使延层9的几乎无缺陷的侧向部分12以及第二竖直部分13a和12O3或金刚石可用作选择性地生长外延层9的合适的宽带隙材料。9的部分来形成生长模板17。生长模板17对应于外延层9的待稍后通过选择性生长来形成的[0048]图5示出了在生长模板17的区域中第二介电层18或覆盖层(cover)的形成。有效完全嵌入第一介电层14与第二介电层18之间。与第一介电层14相似，第二介电层18可由3N42O3或其他合适的绝缘材料形成。元21中的每一个包括与上文关于图2至图8所描述的半导体结构类似的半导体结构1。由于[0054]图9进一步示出了半导体结构中的每一个主要沿对应于x该延伸是在比沿对应于x轴的正交的第二侧向方向或对应于z轴的竖直方向24大得多的长[0057]图10示出了穿过特定的功率半导体器件的截面，该功率半导体器件呈MISFET25及绝缘层3，诸如SiO2层。衬底2可以是MISFET25的实际生长衬底，或者可以是用于支撑[0058]图10示出了在从两个独立的通道5选择性地生长的两部分外延层9中形成两个独立的切换结构。这两个切换结构就实施相应的切换功能的相应pnp结构28和29的配置而言__配置为n型半导体材料。例如，可以在源极区域31的选择性生长期间使用更高浓度的掺杂[0066]图11进一步示出了可在600V至1.2kV的电压范围内使用的功率半导体器件的尺[0067]所描述的侧向WBG外延层可用于不同类型的功率半导体器件(诸如，超结MISFET