本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體設(shè)備，特別但不排他地涉及一種寬帶隙材料基的功率半導(dǎo)體設(shè)備(powersemiconductordevice)

背景技術(shù)：

sic的寬帶隙(不考慮多種類型)在雪崩擊穿之前導(dǎo)致非常高的臨界電場(chǎng)。該臨界場(chǎng)大約是si的十倍，因此需要將材料厚度的十分之一在截止?fàn)顟B(tài)下維持給定電壓，這又導(dǎo)致了在導(dǎo)通狀態(tài)下更低的電阻。這種較低的電阻降低了設(shè)備的功率損耗，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的整體節(jié)能。

然而，當(dāng)計(jì)算真實(shí)設(shè)備的實(shí)際擊穿電壓時(shí)必須小心，因?yàn)槔碚撆R界電場(chǎng)假設(shè)無(wú)限平面結(jié)合。然而，在實(shí)際情況下，場(chǎng)加劇發(fā)生在擴(kuò)散區(qū)域的邊緣周圍，并且擊穿電壓作為結(jié)構(gòu)曲率半徑的強(qiáng)函數(shù)而減小(參見(jiàn)例如：jbaliga所著，功率半導(dǎo)體設(shè)備的基礎(chǔ)知識(shí)，第108頁(yè))。

這個(gè)問(wèn)題在上下文中的si設(shè)備是很好理解的，且解決方案被發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在有源結(jié)合點(diǎn)的邊緣周圍添加進(jìn)一步的場(chǎng)釋放結(jié)構(gòu)(jbaliga所著，功率半導(dǎo)體設(shè)備的基礎(chǔ)知識(shí)，第130頁(yè))。這種場(chǎng)釋放結(jié)構(gòu)如圖1所示。場(chǎng)釋放結(jié)構(gòu)可以逐漸釋放設(shè)備邊緣處的消耗區(qū)域。電壓被提供在每對(duì)p+環(huán)之間，從而減少表面處電場(chǎng)的擁擠。環(huán)的間隔和深度被設(shè)計(jì)成使得在每對(duì)環(huán)之間表面處的電場(chǎng)峰值幾乎相等，并且最終結(jié)構(gòu)的擊穿電壓顯著增加。

在si基的設(shè)備中也提出了結(jié)合點(diǎn)終端擴(kuò)展(jte)結(jié)構(gòu)。這樣的jte結(jié)構(gòu)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)使用多個(gè)區(qū)域，其中，摻雜級(jí)從有源區(qū)域向終端末端減小。效果類似于場(chǎng)環(huán)所實(shí)現(xiàn)的效果-即設(shè)備邊緣處消耗區(qū)域的逐漸釋放。電壓理想地沿著jte區(qū)域均勻地被提供。

然而，sic在這一領(lǐng)域出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)，最重要的是如上所述，sic中的電場(chǎng)非常高，因此這種場(chǎng)加劇問(wèn)題更嚴(yán)重。因此，將si溶液外推到sic上將導(dǎo)致非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)且具有更小的，該尺寸在使用正常生產(chǎn)設(shè)備的情況下是不切實(shí)際。

此外，材料本身存在問(wèn)題；由于摻雜物擴(kuò)散在sic中是可以忽略的，所以在si中使用的深而緩慢彎曲的擴(kuò)散結(jié)構(gòu)不能被再生產(chǎn)，并且離子植入的替代摻雜物引入方法本身不能產(chǎn)生相同的結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，在sic中引入局部摻雜的唯一實(shí)際方法是離子植入，但是將植入能量再次保持在生產(chǎn)設(shè)備范圍內(nèi)的結(jié)果是相當(dāng)淺的結(jié)合點(diǎn)，深度為0.5微米，這加劇了整個(gè)問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

方面和優(yōu)選特征在所附權(quán)利要求中闡述。

在這里公開(kāi)了一種寬帶隙高壓半導(dǎo)體設(shè)備，其包括：

半導(dǎo)體基底；

設(shè)置在半導(dǎo)體基底上的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)域；

位于半導(dǎo)體漂移區(qū)域內(nèi)的與第二導(dǎo)電類型相反的第一導(dǎo)電類型的主體區(qū)域；

位于主體區(qū)域內(nèi)的第二導(dǎo)電類型的源極區(qū)域；

位于源極區(qū)域上方并與其接觸的柵極，其用于控制半導(dǎo)體漂移區(qū)域和源極區(qū)域之間的溝道區(qū)域中的電荷，從而控制半導(dǎo)體漂移區(qū)域內(nèi)的電荷流動(dòng)；

其中,主體區(qū)域包括橫向延伸到漂移區(qū)域中的第一導(dǎo)電類型的橫向延伸部，該橫向延伸部與晶體管的表面間隔開(kāi)。

晶體管的表面可以平行于溝道區(qū)域。設(shè)備的表面可以由形成晶體管的源極接觸和柵極的平面限定。

橫向延伸部可以與晶體管的表面垂直間隔開(kāi)。術(shù)語(yǔ)“垂直”與柵極的橫向距離有關(guān)。

整個(gè)橫向延伸部可以與晶體管的表面垂直間隔開(kāi)。

主體區(qū)域可以包括與柵極鄰近(或緊挨著下方)的第一部分和位于比第一部分更深的第二部分，第一部分的摻雜濃度可高于第二部分的摻雜濃度。主體區(qū)域還可以包括與n+源極區(qū)域接觸的p+區(qū)域。p+和n+區(qū)域與源極區(qū)域接觸或電極短路。當(dāng)短路時(shí)，p+區(qū)域也可以形成源極區(qū)域的一部分。應(yīng)當(dāng)理解，源極區(qū)域與絕緣柵雙極型晶體管(igbt)的集電極相同，因此當(dāng)考慮igbt結(jié)構(gòu)時(shí)，源極區(qū)域也涵蓋集電極操作。

橫向延伸部可以僅從主體區(qū)域的第二較深部分橫向延伸。術(shù)語(yǔ)“橫向”涉及在與設(shè)備的柵極或其他觸點(diǎn)平行的方向上延伸。

橫向延伸部的摻雜濃度可以與主體區(qū)域的第二較深部分的摻雜濃度基本相同。術(shù)語(yǔ)“實(shí)質(zhì)上”涉及幾乎相同。應(yīng)當(dāng)理解，可以在制造過(guò)程期間優(yōu)化橫向延伸部的摻雜濃度或劑量，從而可以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的(期望的)擊穿電壓。

橫向延伸部可以在橫向方向上從主體區(qū)域延伸，該方向與柵極從源極延伸到漂移區(qū)域的方向相反。晶體管可以包括與源極終端/電極鄰近或接觸的場(chǎng)氧化層或絕緣體。源極電極可以在場(chǎng)氧化層上延伸以形成場(chǎng)板。與場(chǎng)氧化層上的場(chǎng)板延伸部相比，橫向延伸部可以進(jìn)一步橫向延伸到漂移區(qū)域中。場(chǎng)板的厚度可以被優(yōu)化并與場(chǎng)板延伸部和橫向延伸部的劑量?jī)?yōu)化相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的擊穿電壓?？梢愿淖儥M向延伸部的長(zhǎng)度以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的擊穿電壓。應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語(yǔ)“長(zhǎng)度”是指p+區(qū)域的邊緣與橫向延伸部的外邊緣之間的距離。

橫向延伸部可以作為晶體管中的終端結(jié)構(gòu)而操作。橫向延伸部可以用在位于通常需要終端結(jié)構(gòu)(或保護(hù)環(huán))的設(shè)備外圍的晶體管結(jié)構(gòu)中。

晶體管可以被配置為使得在橫向延伸部和漂移區(qū)域之間的垂直結(jié)合點(diǎn)形成的電場(chǎng)減小在晶體管表面處的主體區(qū)域和漂移區(qū)域之間形成的電場(chǎng)。應(yīng)當(dāng)理解，垂直結(jié)合點(diǎn)是在p區(qū)域和n區(qū)域相互垂直定位的p-n結(jié)合點(diǎn)。由橫向延伸部和漂移區(qū)域之間的垂直結(jié)合點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)是特別有利的。由于p區(qū)域(主體區(qū)域)和n區(qū)域(漂移區(qū)域)彼此橫向形成，所以由主體區(qū)域和漂移區(qū)域的表面產(chǎn)生的p-n結(jié)合點(diǎn)是橫向結(jié)合點(diǎn)。因此，橫向延伸部被配置為減小設(shè)備的有源和終端區(qū)域中的峰值電場(chǎng)。

漂移區(qū)域可以被配置為在晶體管的截止?fàn)顟B(tài)阻斷模式期間在擊穿電壓下耗盡移動(dòng)載體，并且能夠在晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)導(dǎo)通模式期間導(dǎo)通電荷。

半導(dǎo)體基底可以包括單晶硅材料。

半導(dǎo)體漂移區(qū)域、主體區(qū)域和源極區(qū)域可以各自包括含有3步立方碳化硅(3c-sic)的材料。

半導(dǎo)體基底、半導(dǎo)體漂移區(qū)域、主體區(qū)域和源極區(qū)域可以各自包括含有4步六方碳化硅(4h-sic)的材料。

半導(dǎo)體基底、半導(dǎo)體漂移區(qū)域、主體區(qū)域、橫向延伸部和源極區(qū)域可以各自包括含有氮化鎵(gan)的材料。

半導(dǎo)體基底可以包括單晶硅材料，并且半導(dǎo)體漂移區(qū)域、主體區(qū)域，橫向延伸部和源極區(qū)域可以各自包括含有g(shù)an的材料?；蛘?，半導(dǎo)體基底可以包括sic材料，并且半導(dǎo)體漂移區(qū)域、主體區(qū)域、橫向延伸部和源極區(qū)域可以各自包括含有g(shù)an的材料。

晶體管還可以包括被設(shè)置在半導(dǎo)體基底和漂移區(qū)域之間的第一半導(dǎo)體區(qū)域，第一半導(dǎo)體區(qū)域包括含有3c-sic、4h-sic或gan的材料。應(yīng)當(dāng)理解，晶體管結(jié)構(gòu)可以由諸如6h-sic和金剛石的其它寬帶隙材料制成。還應(yīng)當(dāng)理解，如上所述的橫向延伸部可以用于使用gan材料的橫向高電子遷移率晶體管(hemt)中。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，hemt通常是橫向半導(dǎo)體設(shè)備，其中，橫向延伸部可以用作終端結(jié)構(gòu)。

第一半導(dǎo)體區(qū)域可以是第二導(dǎo)電類型，并且半導(dǎo)體基底可以是第二導(dǎo)電類型。晶體管可以是垂直功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)。

第一半導(dǎo)體區(qū)域可以是第一導(dǎo)電類型，并且半導(dǎo)體基底是第一導(dǎo)電類型。晶體管可以是垂直功率絕緣柵雙極型晶體管(igbt)。

本文還公開(kāi)了一種寬帶隙高電壓半導(dǎo)體設(shè)備，其包括：

第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底；

第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域被設(shè)置在半導(dǎo)體基底上；

第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)域被設(shè)置在第一半導(dǎo)體區(qū)域上，第一半導(dǎo)體區(qū)域的摻雜濃度高于漂移區(qū)域的摻雜濃度；

與第二導(dǎo)電類型相反的第一導(dǎo)電類型的主體區(qū)域位于半導(dǎo)體漂移區(qū)域內(nèi)；

其中，主體區(qū)域包括橫向延伸到漂移區(qū)域中的第一導(dǎo)電類型的橫向延伸部，該橫向延伸部與設(shè)備的表面間隔開(kāi)。

橫向延伸部可以與設(shè)備的表面垂直間隔開(kāi)。整個(gè)橫向延伸部可以與設(shè)備的表面垂直間隔開(kāi)。該設(shè)備可以是垂直pin二極管。

半導(dǎo)體基底可以包括單晶硅材料。第一半導(dǎo)體區(qū)域、半導(dǎo)體漂移區(qū)域、橫向延伸部和主體區(qū)域可以各自包括含有3步立方碳化硅(3c-sic)的材料。

半導(dǎo)體基底、第一半導(dǎo)體區(qū)域、半導(dǎo)體漂移區(qū)域、橫向延伸部和主體區(qū)域可以各自包括含有4h-sic的材料。

半導(dǎo)體基底、第一半導(dǎo)體區(qū)域、半導(dǎo)體漂移區(qū)域、橫向延伸部和主體區(qū)域可以各自包括含有g(shù)an的材料。

半導(dǎo)體基底可以包括單晶硅材料，并且第一半導(dǎo)體區(qū)域、半導(dǎo)體漂移區(qū)域、橫向延伸部和主體區(qū)域可以各自包括含有g(shù)an的材料。

半導(dǎo)體基底可以包括sic材料，并且第一半導(dǎo)體區(qū)域、半導(dǎo)體漂移區(qū)域、橫向延伸部和主體區(qū)域可以各自包括含有g(shù)an的材料。

在此公開(kāi)了一種高壓半導(dǎo)體設(shè)備，其包括：

第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底；

第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，其被設(shè)置在半導(dǎo)體基底上；

第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)域，其設(shè)置在第一半導(dǎo)體區(qū)域上，該第一半導(dǎo)體區(qū)域的摻雜濃度高于漂移區(qū)域的摻雜濃度；

肖特基金屬接觸，其直接地被形成在設(shè)備表面的半導(dǎo)體漂移區(qū)域上；

與第二導(dǎo)電類型相反的第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，其形成在設(shè)備表面上，并且在半導(dǎo)體漂移區(qū)域內(nèi)，第二半導(dǎo)體區(qū)域的摻雜濃度高于漂移區(qū)域的摻雜濃度；以及

第一導(dǎo)電類型的橫向延伸部，其從第二半導(dǎo)體區(qū)域橫向延伸到漂移區(qū)域中，該橫向延伸部與設(shè)備的表面間隔開(kāi)。

橫向延伸部可以與設(shè)備的表面垂直間隔開(kāi)。整個(gè)橫向延伸部可以與設(shè)備的表面垂直間隔開(kāi)。

橫向延伸部可僅從第二半導(dǎo)體區(qū)域的較深部分橫向延伸。橫向延伸部的摻雜濃度可以低于第二半導(dǎo)體區(qū)域的摻雜濃度。橫向延伸部可橫向延伸到肖特基金屬接觸?？梢哉{(diào)整橫向延伸部的長(zhǎng)度以在肖特基二極管中實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)果。這里，術(shù)語(yǔ)“長(zhǎng)度”是指在肖特基接觸下從第二半導(dǎo)體區(qū)域的邊緣到橫向延伸部邊緣的距離。在肖特基區(qū)域的邊緣下方的橫向延伸部可以作為反向偏壓操作中的屏蔽。

設(shè)備還可包括可操作地連接到第一半導(dǎo)體區(qū)域的第一歐姆接觸和形成在第二半導(dǎo)體區(qū)域上的第二歐姆接觸。

半導(dǎo)體基底、第一半導(dǎo)體區(qū)域、漂移區(qū)域、第二半導(dǎo)體區(qū)域和橫向延伸部可以各自包括單晶硅材料。

半導(dǎo)體基底、第一半導(dǎo)體區(qū)域、漂移區(qū)域、第二半導(dǎo)體區(qū)域和橫向延伸部可以各自包括4h-sic。

半導(dǎo)體基底可以包括單晶硅材料，并且第一半導(dǎo)體區(qū)域、漂移區(qū)域、第二半導(dǎo)體區(qū)域和橫向延伸部可以各自包括3c-sic。

半導(dǎo)體基底、第一半導(dǎo)體區(qū)域、漂移區(qū)域、第二半導(dǎo)體區(qū)域和橫向延伸部可以各自包括gan。

半導(dǎo)體基底可以包括單晶硅材料，并且第一半導(dǎo)體區(qū)域、漂移區(qū)域、第二半導(dǎo)體區(qū)域和橫向延伸部可以各自包括gan。

半導(dǎo)體基底可以包括sic材料，并且第一半導(dǎo)體區(qū)域、漂移區(qū)域、第二半導(dǎo)體區(qū)域和橫向延伸部可以各自包括gan。

在此公開(kāi)了制造寬帶隙高壓半導(dǎo)體晶體管的方法，該方法包括：

形成半導(dǎo)體基底；

在半導(dǎo)體基底上形成第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)域；

形成位于半導(dǎo)體漂移區(qū)域內(nèi)的與第二導(dǎo)電類型相反的第一導(dǎo)電類型的主體區(qū)域；形成從主體區(qū)域橫向延伸到漂移區(qū)域中的第一導(dǎo)電類型的橫向延伸部，該橫向延伸部與晶體管的表面間隔開(kāi)；

形成位于主體區(qū)域內(nèi)的第二導(dǎo)電類型的源極區(qū)域；

形成放置在源極區(qū)域上方并與源極區(qū)域接觸的柵極，以控制半導(dǎo)體漂移區(qū)域和源極區(qū)域之間的溝道區(qū)域中的電荷，從而控制半導(dǎo)體漂移區(qū)域內(nèi)的電荷流動(dòng)。

橫向延伸部的形成可以包括施加兩級(jí)光掩模以植入橫向延伸部。通過(guò)使用鋁或硼材料，橫向延伸部被離子植入。應(yīng)當(dāng)理解，使用硼可以是有利的，因?yàn)榕鹁哂休^輕的原子，因此通常使用該材料更容易形成更深的植入。

該方法還可以包括將橫向延伸部與晶體管的表面垂直間隔開(kāi)。

該方法還可以包括在半導(dǎo)體基底和漂移區(qū)域之間形成第一半導(dǎo)體區(qū)域。

該方法還可以包括使用包括單晶硅的材料形成半導(dǎo)體基底，并且使用包括3步立方碳化硅(3c-sic)的材料形成半導(dǎo)體漂移區(qū)域、第一半導(dǎo)體區(qū)域、主體區(qū)域、橫向延伸和源極區(qū)域中的每一個(gè)。

該方法還可以包括使用包括4h-sic的材料來(lái)形成半導(dǎo)體基底、第一半導(dǎo)體區(qū)域、半導(dǎo)體漂移區(qū)域、主體區(qū)域、橫向延伸部和源極區(qū)域中的每一個(gè)。

該方法還可以包括使用包括gan的材料來(lái)形成半導(dǎo)體基底、半導(dǎo)體漂移區(qū)域、主體區(qū)域、橫向延伸部和源極區(qū)域中的每一個(gè)。

該方法還可以包括使用單晶硅材料形成半導(dǎo)體基底，并且使用包括gan的材料形成半導(dǎo)體漂移區(qū)域、主體區(qū)域、橫向延伸部和源極區(qū)域中的每一個(gè)。

該方法還可以包括使用sic材料形成半導(dǎo)體基底，并且使用包括gan的材料形成半導(dǎo)體漂移區(qū)域、主體區(qū)域和源極區(qū)域中的每一個(gè)。

在此公開(kāi)了制造高電壓半導(dǎo)體設(shè)備的方法，該方法包括：

形成第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底；

形成設(shè)置在半導(dǎo)體基底上的第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域；

形成設(shè)置在第一半導(dǎo)體區(qū)域上的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)域，所述第一半導(dǎo)體區(qū)域具有比所述漂移區(qū)域更高的摻雜濃度；

形成直接形成在設(shè)備表面上的半導(dǎo)體漂移區(qū)域上的肖特基金屬接觸；

形成在設(shè)備的表面上和半導(dǎo)體漂移區(qū)域內(nèi)形成的與第二導(dǎo)電類型相反的第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，該第二半導(dǎo)體區(qū)域具有比該漂移區(qū)域更高的摻雜濃度；以及

形成從第二半導(dǎo)體區(qū)域橫向延伸到漂移區(qū)域中的第一導(dǎo)電類型的橫向延伸部，該橫向延伸部與設(shè)備的表面間隔開(kāi)。

形成橫向延伸的步驟可以包括施加兩級(jí)光掩模以植入橫向延伸部。通過(guò)使用鋁或硼材料，橫向延伸部被離子植入。

該方法還可以包括將橫向延伸部從設(shè)備的表面垂直地間隔開(kāi)。

該方法還可以包括在第二半導(dǎo)體材料上形成歐姆接觸，歐姆接觸包括二硅化鈦材料。

該方法還可以包括使用與用于形成歐姆接觸相比較低的溫度形成肖特基接觸，該肖特基接觸包括鎳材料。

附圖說(shuō)明

從下面的詳細(xì)描述和附圖中將更全面地理解本發(fā)明，然而，不應(yīng)將本發(fā)明限制于所示的具體實(shí)施例，這些實(shí)施例僅用于解釋和理解。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中si基的設(shè)備，其中形成浮場(chǎng)環(huán)以減小曲率效應(yīng)；

圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中si基的設(shè)備，其中形成結(jié)合點(diǎn)終端結(jié)構(gòu)以減小曲率效應(yīng)；

圖3示出了位于與mosfet的終端區(qū)域鄰近的垂直mosfet的示意性橫截面；

圖4示出了位于mosfet的有源極區(qū)域中的替代垂直mosfet的示意性橫截面；

圖5示出了位于與igbt的終端區(qū)域鄰近的垂直igbt的示意性截面圖；

圖6示出了位于igbt的有源極區(qū)域中的替代垂直igbt的示意性橫截面；

圖7示出了垂直pin二極管的示意性橫截面；

圖8示出了終端結(jié)構(gòu)的示意性橫截面；以及

圖9示出了垂直肖特基二極管的示意性橫截面。

具體實(shí)施方式

參考圖3，示出了金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)形式的sic基的垂直功率半導(dǎo)體晶體管100的示例。晶體管100是有源晶體管，其可以被布置為位于鄰近終端區(qū)域的晶體管陣列中最后的有源晶體管。在n型基底110上形成高摻雜的n型層(或第一半導(dǎo)體區(qū)域)120。在第一半導(dǎo)體120上形成漂移區(qū)域130。在漂移區(qū)域內(nèi)形成p型阱140。在p型阱區(qū)域140內(nèi)形成n型高摻雜源極區(qū)域150。在p型阱140內(nèi)形成p型高摻雜區(qū)域。高摻雜p型和n型區(qū)域150、155使用源極區(qū)域接觸或電極185被電路。并在高摻雜p型區(qū)域155鄰近形成場(chǎng)氧化層或絕緣體195，并且源極區(qū)域接觸延伸到場(chǎng)氧化層195上。延伸的源極區(qū)域接觸185通常被稱為場(chǎng)板。外延層或漂移區(qū)域130表面160處的p型阱140提供主體區(qū)域。p型阱140內(nèi)的n型阱150提供接觸區(qū)域并提供源極。溝道170形成在柵極180下方，該柵極180使用柵極電介質(zhì)層190被分離。

mosfet100還包括從主體區(qū)域140延伸的橫向延伸區(qū)域145。橫向延伸部145從主體區(qū)域140的下部橫向延伸到漂移區(qū)域130中。橫向延伸部145使用離子注入和兩級(jí)光掩模形成，以橫向地延伸接到結(jié)合點(diǎn)的下部。該下部植入在劑量和尺寸方面進(jìn)行了優(yōu)化，并與優(yōu)化的場(chǎng)氧化層195厚度和金屬場(chǎng)板185組合。橫向延伸部145朝著場(chǎng)板185在與源極區(qū)域鄰近的場(chǎng)氧化層195上延伸的方向延伸。通常，橫向延伸部145進(jìn)一步延伸/超過(guò)場(chǎng)板195延伸部。橫向延伸部145允許比給定摻雜級(jí)預(yù)測(cè)的理論極限更高的擊穿電壓(vbr)。由于橫向延伸部145的存在，在橫向延伸部的上表面145a和漂移區(qū)域130之間形成垂直的p-n結(jié)合點(diǎn)，其降低了峰值電場(chǎng)(ef)。這種結(jié)構(gòu)與使用橫向p-n結(jié)合點(diǎn)實(shí)現(xiàn)類似結(jié)果的現(xiàn)有解決方案不同。另外的垂直p-n結(jié)合點(diǎn)由橫向延伸部145的下表面145b和漂移區(qū)域130形成。該p-n結(jié)合點(diǎn)還可以有助于實(shí)現(xiàn)更高的擊穿電壓。

p型主體區(qū)域140可以具有兩部分。第一部分是形成溝道區(qū)域170的頂部。高摻雜p區(qū)域155也形成在主體區(qū)域140的頂部。頂部包括相對(duì)較高的摻雜濃度。第二部分在頂部下方，因此比頂部更深。較深的部分包括比頂部相對(duì)較少的摻雜濃度。橫向延伸部145從主體區(qū)域145的較深部分延伸出來(lái)。橫向延伸部的摻雜濃度通常與主體區(qū)域145較深部分的摻雜濃度基本相同。橫向延伸部的摻雜濃度為通常約10¹⁶cm^-3至10¹⁸cm^-3，優(yōu)選地約為10¹⁷cm^-3。橫向延伸部145以在橫向延伸部145與設(shè)備的表面160之間存在垂直間隔的方式形成。在一個(gè)示例中，設(shè)備的橫向延伸部145和表面160之間的垂直間隔約為0.05μm至0.6μm，優(yōu)選地約為0.1μm。

所提出的橫向延伸145(深的p-植入)也可以幫助減少有源區(qū)域(例如，在漂移區(qū)域130中)的峰值電場(chǎng)，該橫向延伸部在設(shè)備表面160處主體區(qū)域140的頂部和漂移區(qū)域結(jié)合點(diǎn)(p+/n-epi結(jié)合點(diǎn))。通常，在常規(guī)設(shè)備中，與設(shè)備有源區(qū)域中的垂直p+主體/n-epi結(jié)合點(diǎn)處的電場(chǎng)(ef)相比(當(dāng)結(jié)構(gòu)中沒(méi)有橫向延伸部時(shí))，高漂移區(qū)域(n-epi)摻雜和p+主體區(qū)域(在主體區(qū)域的頂部)的曲率可以導(dǎo)致在p+主體邊緣處的較高電場(chǎng)(ef)。降低漂移區(qū)域(n-epi)摻雜并不總是可能的，沒(méi)有它，最大可實(shí)現(xiàn)的擊穿電壓(vbr)將受到p+/n-epi結(jié)合點(diǎn)的曲率的限制。同時(shí)，使用這種低摻雜的深p-植入145或橫向延伸145作為有源區(qū)域中主體區(qū)域140的延伸部，峰值電場(chǎng)(ef)可以被減小，導(dǎo)致設(shè)備的擊穿電壓增加(提供終端中的擊穿電壓總是高于有源區(qū)域中的擊穿電壓)。橫向延伸部145通過(guò)在寬帶隙材料(例如sic)基制造技術(shù)中完全兼容的鋁材料的離子植入形成。

應(yīng)當(dāng)理解，在圖3的示例中，p型橫向延伸部145在高壓設(shè)備的終端區(qū)域附近被使用。橫向延伸部145可以植入位于設(shè)備陣列的周邊、外部或外部設(shè)備附近的設(shè)備中。位于陣列中心部分的設(shè)備可能沒(méi)有這樣的橫向延伸部145結(jié)構(gòu)。在圖3的例子中，橫向延伸結(jié)構(gòu)145通常沿著與柵極從源極延伸到漂移區(qū)域的方向相反的方向橫向延伸到漂移區(qū)域中。換句話說(shuō)，橫向延伸部145通常不在如圖3示例中的設(shè)備中的溝道區(qū)域170下方。

圖3的晶體管可以使用寬帶隙半導(dǎo)體材料制造，例如sic、gan和/或金剛石。在一個(gè)實(shí)施例中，基底110、第一半導(dǎo)體層120、漂移區(qū)域130、主體區(qū)域140、橫向延伸部145、源極區(qū)域150各自包括4h-sic材料?；蛘撸?10可以包括硅材料，其余區(qū)域可以具有3c-sic材料。在該特定示例中，由于在外延漂移區(qū)域130中使用3c-sic，所以圖3所示的mosfet能夠提供更大的擊穿電壓。同時(shí)，3c-sicmosfet的導(dǎo)通電阻可以顯著低于4h-sicmosfet。這是因?yàn)樵?c-sic(與4h-sic相比)中觀察到更好的溝道遷移率，因此可以顯著減少在漂移區(qū)域130和源極區(qū)域150之間形成的溝道區(qū)域的導(dǎo)通電阻。應(yīng)當(dāng)理解，在替代實(shí)施例中，基底110可以包括gan，并且其余區(qū)域也可以具有g(shù)an。基底也可以包括硅材料，其余的區(qū)域各自包括gan。在一個(gè)實(shí)施例中，基底110可以包括sic，并且其余區(qū)域可以各自包括gan。

應(yīng)當(dāng)理解，第一半導(dǎo)體區(qū)域/層120具有兩個(gè)目的：(1)其用作基底110和漂移區(qū)域130之間的緩沖層，以形成穿通結(jié)構(gòu)，使得在截止?fàn)顟B(tài)操作期間消耗區(qū)域不從漂移區(qū)域130接觸基底110；(2)它減少了通常由硅材料制成的基底與通常由諸如3c-sic、4h-sic或gan的寬帶隙材料制成的漂移區(qū)域130之間的界面缺陷。

參考圖4，示出了垂直功率mosfet的替代示例。圖4中mosfet的許多特征與圖3的mosfet相同，因此帶有相同的附圖標(biāo)記。然而，圖4的mosfet是位于芯片上mosfet陣列的有源區(qū)域中的有源晶體管。圖4晶體管的橫向延伸部145向著柵極180延伸到漂移區(qū)域130內(nèi)。換句話說(shuō)，橫向延伸部145形成在mosfet溝道區(qū)域的下方。圖4的mosfet的操作和特征與圖3的mosfet的操作基本相同。

參考圖5，示出了絕緣柵雙極型晶體管(igbt)形式的垂直功率半導(dǎo)體晶體管200的示例。圖5中igbt的許多特征與圖3的mosfet相同，因此除了igbt200包括p+型基底215和p+型集電極層或第一半導(dǎo)體區(qū)域225之外，其具有相同的附圖標(biāo)記。第一半導(dǎo)體區(qū)域225在igbt中形成載體注射區(qū)域。應(yīng)當(dāng)理解，igbt200的截止?fàn)顟B(tài)操作基本上類似于圖3的mosfet100。在截止?fàn)顟B(tài)下，橫向延伸部和漂移區(qū)域130之間的垂直接合點(diǎn)145a、145b有助于減小設(shè)備表面160處的峰值電場(chǎng)。因此，igbt中的p橫向延伸部145可以用作設(shè)備中的終端結(jié)構(gòu)。橫向延伸部145的摻雜濃度基本上與圖1中的mosfet結(jié)構(gòu)100所述的相同。p橫向延伸部145與設(shè)備表面160之間的垂直距離也與圖3的mosfet100基本相同。在該示例中，圖5的igbt是有源晶體管，其可被布置為晶體管陣列中的最后一個(gè)晶體管，并且圖5的有源晶體管可以位于鄰近終端區(qū)域。

在一個(gè)實(shí)施例中，igbt的所有層可以具有4h-sic?；蛘撸琾+基底可以由硅制成，其余層可以包括3c-sic。應(yīng)當(dāng)理解，在p+硅基底215和p+3c-sic層225之間形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。位于sic/si界面正上方的第一半導(dǎo)體(外延)區(qū)域225(～2微米)的3c-sic材料，由于兩種材料之間的晶格失配以及嚴(yán)重?fù)诫s有生成的al而導(dǎo)致非常嚴(yán)重的缺陷，因此該缺陷區(qū)域是非常導(dǎo)電的。以這種方式，由于存在位移，外延生成期間的al摻雜和來(lái)自si基底的硼向上擴(kuò)散，可以通過(guò)成為準(zhǔn)金屬界面來(lái)克服異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和隨后的潛在障礙。應(yīng)當(dāng)理解，在替代實(shí)施例中，基底215可以包括gan，并且其余區(qū)域也可以具有g(shù)an?；?15也可以包括硅材料，其余的區(qū)域可以包括gan。在一個(gè)實(shí)施例中，基底215可以包括sic，并且其余區(qū)域各自可以包括gan。

參考圖6，示出了垂直功率igbt的替代示例。圖6的igbt的許多特征與圖5的igbt相同，因此攜帶相同的附圖標(biāo)記。然而，圖5的igbt是位于芯片上的igbt陣列的有源區(qū)域中的有源晶體管。圖6的晶體管的橫向延伸部145朝向柵極180延伸到漂移區(qū)域130中。換句話說(shuō)，橫向延伸部145形成在igbt的溝道區(qū)域和累積區(qū)域(與累積區(qū)域鄰近)的下方。圖6的igbt的操作和特征與圖5的igbt的操作基本相同。圖5和圖6的igbt之間的另外區(qū)域別在于它包括在漂移區(qū)域130和第一半導(dǎo)體區(qū)域225之間的n型緩沖層265。緩沖層265在設(shè)備的截止?fàn)顟B(tài)操作期間從漂移區(qū)域130阻止消耗區(qū)域延伸到第一半導(dǎo)體區(qū)域225。

參考圖7，示出了垂直pin二極管700的示例。pin二極管700包括其上形成有n型外延層(或第一半導(dǎo)體區(qū)域)720以提供陰極接觸的基底710。n型低摻雜漂移區(qū)域730形成在n型外延層720上。p+摻雜區(qū)域750形成在漂移區(qū)域730中并形成陽(yáng)極接觸區(qū)域770。陽(yáng)極接觸770在場(chǎng)氧化層780上延伸以形成場(chǎng)板。橫向延伸部745由從橫向延伸到漂移區(qū)域730的p+摻雜區(qū)域750的較深部分形成。鄰近橫向延伸部745和p+摻雜區(qū)域的區(qū)域摻雜濃度可略高于漂移區(qū)域的摻雜濃度。換句話說(shuō)，可以在橫向延伸部745和p+摻雜區(qū)域750附近形成具有比漂移區(qū)域稍高的摻雜區(qū)域。在一個(gè)實(shí)例中，在橫向延伸和p+摻雜區(qū)域旁邊的區(qū)域摻雜濃度通常約高于10¹⁶cm^-3，漂移區(qū)域的摻雜濃度約為10¹⁵cm^-3。橫向延伸部745的摻雜濃度約為10¹⁷cm^-3。

在截止?fàn)顟B(tài)下，橫向延伸部745的操作方式與上述關(guān)于上述mosfet和igbt的操作方式相同。橫向延伸部745和漂移區(qū)域730之間的垂直結(jié)合點(diǎn)有助于減小由于設(shè)備表面處的p+摻雜區(qū)域750的曲率而在設(shè)備表面處另外產(chǎn)生的峰值電場(chǎng)。場(chǎng)板還有助于減小設(shè)備表面的峰值電場(chǎng)。類似于上述實(shí)施例，基底710可以包括硅材料，其余層可以包括3c-sic?；蛘撸琾in二極管700的所有層可以由4h-sic制成。或者，基底215可以包括gan，并且其余區(qū)域也可以具有g(shù)an。基底215也可以包括硅材料，其余的區(qū)域各自包括gan。在一個(gè)實(shí)施例中，基底215可以包括sic，并且其余區(qū)域各自可以包括gan。應(yīng)當(dāng)理解，第一半導(dǎo)體區(qū)域720用作緩沖層，其防止消耗區(qū)域從漂移區(qū)域730延伸到基底710。第一半導(dǎo)體層720還用于減少襯底710和第一半導(dǎo)體區(qū)域720之間界面中的缺陷。

在一個(gè)示例中，圖7的二極管是分立二極管或二極管陣列的一部分。在另一示例中，圖7的二極管可以位于圖3至6中描述的任何設(shè)備的終端區(qū)域中。

圖8示出了提供根據(jù)本發(fā)明的橫向延伸部的功率半導(dǎo)體區(qū)域的終端結(jié)構(gòu)800的示例。圖8的許多特征與圖7的特征相同，因此攜帶相同的附圖標(biāo)記。然而，圖8的終端結(jié)構(gòu)包括橫向遠(yuǎn)離p+摻雜區(qū)域750的浮動(dòng)保護(hù)環(huán)885。在圖8中缺少圖7的場(chǎng)板和場(chǎng)氧化層，但應(yīng)當(dāng)理解，這些特征通?？梢源嬖谟趫D8的終端結(jié)構(gòu)中。p型橫向延伸部890從浮動(dòng)保護(hù)環(huán)885的下部延伸到漂移區(qū)域730。來(lái)自浮動(dòng)保護(hù)環(huán)885的橫向延伸部890的存在改善了終端區(qū)域中的擊穿電壓。圖8的終端結(jié)構(gòu)800可以用在上述參照?qǐng)D3至圖7描述的設(shè)備的終端區(qū)域中。

參考圖9，示出了垂直肖特基二極管900的示例。肖特基二極管800包括基底810，在其上形成有n型外延層(或第一半導(dǎo)體區(qū)域)820以提供陰極接觸。基底810和n型外延層820都被高度摻雜，因此陰極接觸是歐姆接觸。n型低摻雜漂移區(qū)域830形成在n型外延層820上。在漂移區(qū)域830內(nèi)形成高度摻雜的p+摻雜區(qū)域850(或第二半導(dǎo)體區(qū)域)。首先使用高溫形成p+摻雜區(qū)域850上的局部陽(yáng)極歐姆金屬接觸855。之后，直接在漂移區(qū)域830上形成肖特基陽(yáng)極金屬接觸865。與用于在p+摻雜區(qū)域850上形成歐姆接觸的溫度相比，使用相對(duì)較低的溫度形成肖特基接觸865。肖特基陽(yáng)極接觸865可以由鎳制成，并且歐姆陽(yáng)極接觸855可以由二硅化鈦(tisi2)制成，盡管可以使用其它合適的材料。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)肖特基二極管使用3c-sic材料時(shí)，可以使用tisi2。此外，在肖特基接觸865和歐姆接觸855上形成鋁接觸(未示出)，以將它們短路在一起并形成高導(dǎo)電性連接層。應(yīng)當(dāng)理解，歐姆接觸855和肖特基接觸865可以使用相同的材料制成。

在圖9中，橫向延伸部845由p+摻雜區(qū)域850的較深部分橫向延伸到漂移區(qū)域830中形成。p+摻雜區(qū)域850用于連接保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)。在高電壓/電流下，p+摻雜區(qū)域850正向偏置，導(dǎo)電性調(diào)制漂移區(qū)域830，降低其電阻并減緩功率損耗。這對(duì)于強(qiáng)大的功率部件是有利的。橫向延伸部845在肖特基接觸865的邊緣下方延伸以作為反向偏壓操作中的屏蔽。在一個(gè)示例中，肖特基接觸865的長(zhǎng)度可以為約8μm。在替代示例中，肖特基接觸865的長(zhǎng)度可以為約2μm至40μm，優(yōu)選地約為5至15μm。橫向延伸部845朝向肖特基接觸865的長(zhǎng)度可以為約2μm。在替代實(shí)施例中，橫向延伸部845的長(zhǎng)度(在p+摻雜區(qū)域850之后)可以為大約0μm至100μm，優(yōu)選地約為0μm至40μm(取決于設(shè)備的應(yīng)用)。二極管結(jié)構(gòu)900包括兩個(gè)區(qū)域：(1)剛好在p+摻雜區(qū)域850下方的pin二極管區(qū)域860和橫向延伸部區(qū)域845，(2)肖特基接觸865下方的肖特基二極管區(qū)域870。pin二極管和肖特基二極管在圖9的結(jié)構(gòu)900中的組合效果有助于在相對(duì)較低的電壓(約0.1v)下導(dǎo)通設(shè)備，并且實(shí)現(xiàn)更高的電流，而不會(huì)變成設(shè)備特性的飽和區(qū)域。

在圖9的結(jié)構(gòu)中，所有的層可以包括硅材料。或者，基底810可能具有硅材料，其余層具有3c-sic材料。二極管900的所有區(qū)域也可以具有4h-sic材料?？梢允褂闷渌鼘拵栋雽?dǎo)體材料，諸如gan或金剛石。例如，二極管的所有區(qū)域都可以具有g(shù)an材料?；蛘撸卓梢跃哂衧ic材料，并且其余層可以具有g(shù)an?；蛘撸?10可以具有硅材料，其余層可以具有g(shù)an。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)圖9的二極管的所有層包括硅材料時(shí)，半導(dǎo)體層820用作緩沖層，其主要在穿通布置中停止延伸到基底810的消耗。在這種布置中，緩沖層820可以是可選的。

在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)基底810包括硅材料并且其余層包括諸如sic的寬帶隙材料時(shí)，第一半導(dǎo)體層820還用于減小硅基底810和sic第一層820之間的界面缺陷。在這種布置中，第一半導(dǎo)體層820通常被設(shè)置在結(jié)構(gòu)中(即使不是穿通布置)。

盡管上述描述說(shuō)明主要使用sic和gan，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，寬帶隙半導(dǎo)體材料的其它多型同樣可以在上述設(shè)備中被使用。

雖然上述描述主要示出了垂直半導(dǎo)體設(shè)備，但是應(yīng)當(dāng)理解，橫向延伸部也可以用于橫向功率設(shè)備，諸如橫向mosfet、igbt和二極管。在橫向設(shè)備中，橫向延伸部將用作來(lái)自周圍低壓設(shè)備的互連和/或絕緣措施。還應(yīng)當(dāng)理解，上面公開(kāi)的橫向延伸部也可以用于使用gan材料的橫向高電子遷移率晶體管(hemt)中。

可以理解，橫向延伸部可以被引入寬帶隙半導(dǎo)體基晶閘管、柵極截止(gto)晶閘管、柵極換流突變晶閘管(gct)和/或雙極結(jié)合點(diǎn)晶體管(bjt)。應(yīng)當(dāng)理解，延伸到漂移區(qū)域的橫向延伸部的布局不限于上述內(nèi)容，只要該概念相同即可。

還應(yīng)該意識(shí)到，“頂”和“底”、“上”和“下”、“橫向”和“垂直”、“下”和“上”、“前”、“后”和“下面”等，可以按照慣例在本說(shuō)明書(shū)中使用，并且設(shè)備作為整體沒(méi)有暗示特定的物理方向。

應(yīng)當(dāng)理解，參考圖3至圖9討論的晶體管的各個(gè)層的摻雜濃度是在相應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)晶體管中使用的摻雜濃度。

應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語(yǔ)“第一導(dǎo)電類型”可以指p型摻雜極性，術(shù)語(yǔ)“第二導(dǎo)電性”可以指n型摻雜極性。然而，這些術(shù)語(yǔ)并不是限制性的。應(yīng)當(dāng)理解，上述的所有摻雜極性可以顛倒，所得到的設(shè)備仍然符合本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，發(fā)射極、集電極和柵極可以被布置為不在同一平面或不同地對(duì)準(zhǔn)，使得載體的方向不完全如上所述，所得到的設(shè)備仍然符合本發(fā)明。

雖然已經(jīng)根據(jù)上述優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例僅是說(shuō)明性的，并且權(quán)利要求不限于那些實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠根據(jù)所公開(kāi)的內(nèi)容進(jìn)行修改和替換，這些修改和替換被認(rèn)為落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)或示出的每個(gè)特征可以并入本發(fā)明中，無(wú)論是單獨(dú)地還是與本文公開(kāi)或圖示的任何其它特征的任何適當(dāng)組合。