本發(fā)明實施例涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種半導(dǎo)體功率器件、制備方法、功率模塊、轉(zhuǎn)換電路和車輛。

背景技術(shù)：

1、作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，碳化硅(sic)具有優(yōu)良的物理和電學(xué)特性。相比硅材料，sic材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢，因此采用sic材料制備的半導(dǎo)體功率器件不僅能在更高的溫度下穩(wěn)定運行，還適用于高電壓、高頻率場景。

2、目前采用sic材料制備的溝槽型sic功率器件具有電流密度大，元胞尺寸小等優(yōu)點；但是，在溝槽型sic功率器件中，柵極溝槽底部和槽角的高電場會使得柵極絕緣層上的電場增高，進(jìn)而導(dǎo)致柵極絕緣層易被擊穿。圖1是相關(guān)技術(shù)中提供的一種半導(dǎo)體功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1所示結(jié)構(gòu)在制備過程中形成電場屏蔽結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，參考圖1和圖2，相關(guān)技術(shù)中，在襯底1上形成外延層2后，通過刻蝕的方式在柵極溝槽4的相對兩側(cè)形成深度較深的源極溝槽5，再在源極溝槽5的底部和側(cè)壁注入與外延層2的導(dǎo)電類型相反的離子，從而在柵極溝槽4的兩側(cè)形成深度大于柵極溝槽深度的電場屏蔽結(jié)構(gòu)3；若襯底1為重?fù)诫s的n型襯底，則外延層2為n型外延層，電場屏蔽結(jié)構(gòu)3為在n型外延層中形成的p型重?fù)诫s區(qū)；附圖中所示的p+、n+表示該區(qū)域離子摻雜濃度高，p-、n-表示該區(qū)域離子摻雜濃度低。p型重?fù)诫s區(qū)由于離子注入濃度高，容易與n型外延層形成較寬的耗盡層，減小電流導(dǎo)通路徑，從而增加了半導(dǎo)體功率器件的導(dǎo)通電阻。因此，如何改善半導(dǎo)體功率器件中柵極絕緣層擊穿的問題的同時，降低器件的導(dǎo)通電阻，是本領(lǐng)域人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供了一種半導(dǎo)體功率器件、制備方法、功率模塊、轉(zhuǎn)換電路和車輛，以改善半導(dǎo)體功率器件中柵極絕緣層擊穿的問題的同時，降低導(dǎo)通電阻。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種半導(dǎo)體功率器件，包括：

3、襯底；

4、半導(dǎo)體外延層，位于所述襯底的一側(cè)；所述半導(dǎo)體外延層包括依次遠(yuǎn)離所述襯底的漂移區(qū)、體區(qū)和接觸區(qū)；

5、柵極溝槽和柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極溝槽位于所述半導(dǎo)體外延層遠(yuǎn)離所述襯底一側(cè)的表面；所述柵極結(jié)構(gòu)位于所述柵極溝槽中；

6、超結(jié)結(jié)構(gòu)，位于所述漂移區(qū)中，且位于所述柵極結(jié)構(gòu)靠近所述襯底的一側(cè)；其中，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型超結(jié)和在平行于襯底方向上位于所述第一導(dǎo)電類型超結(jié)相對兩側(cè)的第二導(dǎo)電類型超結(jié)；所述第二導(dǎo)電類型超結(jié)與所述漂移區(qū)的導(dǎo)電類型相反，所述第二導(dǎo)電類型超結(jié)覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)靠近所述襯底一側(cè)的表面和側(cè)壁之間的拐角。

7、可選的，所述接觸區(qū)包括第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)和第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)；所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)位于所述柵極溝槽的相對兩側(cè)；所述第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)位于位于所述柵極溝槽與所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)之間，且位于所述體區(qū)遠(yuǎn)離所述襯底的一側(cè)；

8、其中，所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)到所述襯底的距離，大于所述柵極溝槽到所述襯底的距離。

9、可選的，所述柵極溝槽包括至少兩個子溝槽，所述至少兩個子溝槽在所述半導(dǎo)體外延層指向所述襯底的方向上依次排布，且相鄰的兩個子溝槽中靠近所述襯底的子溝槽寬度小于遠(yuǎn)離所述襯底的子溝槽的寬度；相鄰的兩個子溝槽之間互相連通；

10、其中，至少距離所述襯底最近的子溝槽的底部設(shè)置有所述第一導(dǎo)電類型超結(jié)，所述第二導(dǎo)電類型超結(jié)沿著距離所述襯底最近的子溝槽的側(cè)壁至少延伸至距離所述襯底最近的相鄰兩個子溝槽之間的臺階面。

11、可選的，所述柵極溝槽包括兩個子溝槽，分別為第一級子溝槽和位于所述第一級子溝槽底部的第二級子溝槽；

12、所述第一導(dǎo)電類型超結(jié)位于所述第二級子溝槽的底部；所述第二導(dǎo)電類型超結(jié)位于所述第一導(dǎo)電類型超結(jié)的相對兩側(cè)，并沿著所述第二級子溝槽的側(cè)壁向所述第一級子溝槽延伸。

13、可選的，所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)位于所述體區(qū)遠(yuǎn)離所述襯底的一側(cè)；所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)的厚度小于所述第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)與所述體區(qū)的總厚度；

14、或者，所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)位于所述第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)遠(yuǎn)離所述柵極溝槽的一側(cè)以及所述體區(qū)遠(yuǎn)離所述柵極溝槽的一側(cè)；所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)的厚度大于或等于所述第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)與所述體區(qū)的總厚度。

15、可選的，所述半導(dǎo)體外延層還包括電流擴(kuò)散層；

16、在所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)位于所述體區(qū)遠(yuǎn)離所述襯底的一側(cè)，所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)的厚度小于所述第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)與所述體區(qū)的總厚度的情況下，所述電流擴(kuò)散層位于所述體區(qū)與漂移區(qū)之間；

17、在所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)位于所述第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)以及所述體區(qū)遠(yuǎn)離所述柵極溝槽的一側(cè)，所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)的厚度大于或等于所述第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)與所述體區(qū)的總厚度的情況下，所述電流擴(kuò)散層位于所述體區(qū)與所述漂移區(qū)之間，以及所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)與所述漂移區(qū)之間。

18、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體功率器件的制備方法，用于制備本發(fā)明任一實施例所述的半導(dǎo)體功率器件；包括，

19、提供襯底；

20、在襯底的一側(cè)形成半導(dǎo)體外延層；所述半導(dǎo)體外延層包括依次遠(yuǎn)離所述襯底的漂移區(qū)、體區(qū)和接觸區(qū)，以及位于所述漂移區(qū)中的超結(jié)結(jié)構(gòu)；其中，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型超結(jié)和在平行于襯底方向上位于所述第一導(dǎo)電類型超結(jié)相對兩側(cè)的第二導(dǎo)電類型超結(jié)，所述第二導(dǎo)電類型超結(jié)與所述漂移區(qū)的導(dǎo)電類型相反；

21、在所述半導(dǎo)體外延層遠(yuǎn)離所述襯底一側(cè)的表面形成柵極溝槽；

22、在所述柵極溝槽中形成柵極結(jié)構(gòu)；所述超結(jié)結(jié)構(gòu)位于所述柵極結(jié)構(gòu)靠近所述襯底的一側(cè)；所述第二導(dǎo)電類型超結(jié)覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)靠近所述襯底一側(cè)的表面和側(cè)壁之間的拐角。

23、可選的，在襯底的一側(cè)形成半導(dǎo)體外延層，包括：

24、在所述襯底的一側(cè)形成第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體外延子層，并在所述第一半導(dǎo)體外延子層中離子注入，形成所述超結(jié)結(jié)構(gòu)；

25、在所述第一半導(dǎo)體外延子層遠(yuǎn)離所述襯底的一側(cè)形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體外延子層，并在所述第二半導(dǎo)體外延子層中進(jìn)行離子注入形成體區(qū)和第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)；

26、在所述第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)的兩端再次進(jìn)行離子注入，形成第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)；其中，所述接觸區(qū)包括第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)和第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)；所述第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)的底面到所述襯底的距離，大于所述柵極溝槽的底面到所述襯底的距離。

27、可選的，在所述第二半導(dǎo)體外延子層中進(jìn)行離子注入形成體區(qū)和第一導(dǎo)電類型接觸區(qū)之前，還包括：

28、在所述體區(qū)與所述漂移區(qū)之間之間形成電流擴(kuò)散層。

29、可選的，所述柵極溝槽包括第一級子溝槽和位于所述第一級子溝槽底部的第二級子溝槽；

30、在所述半導(dǎo)體外延層遠(yuǎn)離所述襯底一側(cè)的表面形成柵極溝槽，包括：

31、從所述半導(dǎo)體外延層遠(yuǎn)離所述襯底一側(cè)的表面，依次刻蝕所述接觸區(qū)、所述體區(qū)、所述漂移區(qū)直至所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的頂部，形成第一級子溝槽；

32、刻蝕位于所述第一級子溝槽底部部分厚度的第一導(dǎo)電類型超結(jié)，形成第二級子溝槽；所述第二級子溝槽的寬度小于所述第一級子溝槽的寬度。

33、可選的，在所述柵極溝槽中形成柵極結(jié)構(gòu)，包括

34、在所述柵極溝槽的側(cè)壁和底部形成柵極絕緣層；

35、在所述柵極絕緣層所圍的空腔中形成多晶硅柵極；其中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括所述柵極絕緣層與所述多晶硅柵極。

36、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種功率模塊，包括基板與至少一個如本發(fā)明任一實施例所述的半導(dǎo)體功率器件，所述基板用于承載所述半導(dǎo)體功率器件。

37、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種功率轉(zhuǎn)換電路，所述功率轉(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；

38、所述功率轉(zhuǎn)換電路包括電路板以及至少一個如本發(fā)明任一實施例所述的半導(dǎo)體功率器件，所述半導(dǎo)體功率器件與所述電路板電連接。

39、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種車輛，包括負(fù)載以及如本發(fā)明任一實施例所述的功率轉(zhuǎn)換電路，所述功率轉(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，輸入到所述負(fù)載。

40、本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案，通過第二導(dǎo)電類型超結(jié)覆蓋柵極結(jié)構(gòu)的底面和側(cè)壁之間的拐角，起到屏蔽柵極結(jié)構(gòu)底部電場的作用，從而提高器件的可靠性；通過在第二導(dǎo)電類型超之間設(shè)置第一導(dǎo)電類型超結(jié)，可以增加導(dǎo)電通道，從而降低器件的導(dǎo)通電阻。代替相關(guān)技術(shù)中在柵極溝槽的相對兩側(cè)設(shè)置源極溝槽，以形成深度較深的電場屏蔽結(jié)構(gòu)的方式，因此可以避免由于電場屏蔽結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體外延層之間形成較寬的耗盡層，造成器件導(dǎo)通電阻增大的問題。

41、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。