本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件及制備方法、功率模塊、功率轉(zhuǎn)換電路和車輛。

背景技術(shù)：

1、金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，簡稱金氧半場效晶體管(metal-oxide-semiconductor?field-effect?transistor，mosfet)制備的半導(dǎo)體器件具有導(dǎo)通電阻小、可高速運(yùn)行且開關(guān)損耗低等優(yōu)點(diǎn)，是第三代寬禁帶半導(dǎo)體半導(dǎo)體器件的發(fā)展方向。

2、現(xiàn)有的第三代寬禁帶半導(dǎo)體mosfet半導(dǎo)體器件的開關(guān)速率和器件可靠性還需要得到進(jìn)一步提高，才能滿足實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件及制備方法、功率模塊、功率轉(zhuǎn)換電路和車輛，以提高半導(dǎo)體器件的開關(guān)速度和器件可靠性。

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

3、半導(dǎo)體本體，包括相對設(shè)置的第一表面和第二表面；

4、所述半導(dǎo)體本體包括第一外延層和第二外延層，所述第二外延層設(shè)置于所述第一表面，所述第一外延層用于支撐所述第二外延層；

5、所述第二外延層的導(dǎo)電類型和所述第一外延層的導(dǎo)電類型相反；所述半導(dǎo)體本體包括碳化硅材料；或者，所述半導(dǎo)體本體包括氮化鎵材料；

6、所述第二外延層包括阱區(qū)和第一區(qū)域，所述阱區(qū)和所述第二外延層的導(dǎo)電類型和摻雜濃度相同；所述第一區(qū)域設(shè)置于所述第一表面，所述第一區(qū)域和所述阱區(qū)的導(dǎo)電類型相反，所述阱區(qū)設(shè)置于所述第一區(qū)域遠(yuǎn)離所述第一表面的一側(cè)；

7、柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層、柵極和層間介質(zhì)層；所述柵極結(jié)構(gòu)位于所述第一表面，或者，所述柵極結(jié)構(gòu)從所述第一表面延伸至所述半導(dǎo)體本體中；所述柵介質(zhì)層用于絕緣所述柵極和所述半導(dǎo)體本體；所述柵介質(zhì)層的介電常數(shù)大于氧化硅的介電常數(shù)，所述柵介質(zhì)層的介電電容為負(fù)值，所述柵介質(zhì)層具有自發(fā)極化特性；

8、源極，所述源極位于所述第一表面，或者，所述源極從所述第一表面延伸至所述半導(dǎo)體本體中；所述層間介質(zhì)層用于絕緣所述柵極和所述源極；

9、漏極，所述漏極位于所述第二表面。可選地，所述柵介質(zhì)層包括鐵電薄膜柵介質(zhì)層。

10、可選地，所述柵介質(zhì)層的材料包括鈦酸鋇(bt)、鈦酸鉛(pt)、鋯鈦酸鉛(pzt)、鈦酸鍶鋇(bst)以及鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(pmn-pt)中的至少一種。

11、可選地，所述柵極結(jié)構(gòu)包括溝槽型柵極結(jié)構(gòu)；

12、所述第一表面設(shè)置有第一凹槽；

13、所述柵介質(zhì)層位于第一凹槽的底部和側(cè)壁；

14、所述柵極位于所述柵介質(zhì)層遠(yuǎn)離所述半導(dǎo)體本體的一側(cè)；

15、所述層間介質(zhì)層位于所述柵極遠(yuǎn)離所述柵介質(zhì)層的一側(cè)。

16、可選地，所述源極包括溝槽型結(jié)構(gòu)；

17、所述第一表面設(shè)置有第二凹槽；

18、所述源極從所述第一表面延伸至所述第二凹槽內(nèi)。

19、可選地，所述柵極結(jié)構(gòu)包括平面型柵極結(jié)構(gòu)；

20、所述柵介質(zhì)層位于所述第一表面；

21、所述柵極位于所述柵介質(zhì)層遠(yuǎn)離所述第一表面的一側(cè)；

22、所述層間介質(zhì)層位于所述柵極遠(yuǎn)離所述柵介質(zhì)層的一側(cè)。

23、可選地，所述源極包括平面型源極結(jié)構(gòu)；

24、所述源極設(shè)置于所述第一表面。

25、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件的制備方法，包括：

26、提供半導(dǎo)體本體，所述半導(dǎo)體本體包括相對設(shè)置的第一表面和第二表面；所述半導(dǎo)體本體包括第一外延層和第二外延層，所述第二外延層設(shè)置于所述第一表面，所述第一外延層用于支撐所述第二外延層；所述第二外延層的導(dǎo)電類型和所述第一外延層的導(dǎo)電類型相反；所述半導(dǎo)體本體包括碳化硅材料；或者，所述半導(dǎo)體本體包括氮化鎵材料；所述第二外延層包括阱區(qū)，所述阱區(qū)和所述第二外延層的導(dǎo)電類型和摻雜濃度相同；

27、在所述第二外延層內(nèi)形成第一區(qū)域，所述第一區(qū)域位于所述第一表面，所述第一區(qū)域和所述阱區(qū)的導(dǎo)電類型相反，所述阱區(qū)設(shè)置于所述第一區(qū)域遠(yuǎn)離所述第一表面的一側(cè)；

28、在所述第一表面形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層、柵極和層間介質(zhì)層；所述柵極結(jié)構(gòu)位于所述第一表面，或者，所述柵極結(jié)構(gòu)從所述第一表面延伸至所述半導(dǎo)體本體中；所述柵介質(zhì)層用于絕緣所述柵極和所述半導(dǎo)體本體；所述柵介質(zhì)層的介電常數(shù)大于氧化硅的介電常數(shù)，所述柵介質(zhì)層的介電電容為負(fù)值，所述柵介質(zhì)層具有自發(fā)極化特性；

29、在所述第一表面形成源極，所述源極位于所述第一表面，或者，所述源極從所述第一表面延伸至所述半導(dǎo)體本體中；所述層間介質(zhì)層用于絕緣所述柵極和所述源極；

30、在所述第二表面形成漏極。

31、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(gè)如本發(fā)明實(shí)施例任意所述的半導(dǎo)體器件，基板用于承載半導(dǎo)體器件。

32、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(gè)或多個(gè)；

33、功率轉(zhuǎn)換電路包括電路板以及至少一個(gè)如本發(fā)明實(shí)施例任意所述的半導(dǎo)體器件，半導(dǎo)體器件與電路板電連接。

34、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)明實(shí)施例任意所述的功率轉(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。

35、本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件及制備方法、功率模塊、功率轉(zhuǎn)換電路和車輛，該半導(dǎo)體器件中的柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層的介電電容為負(fù)值，該介質(zhì)電容與層間介質(zhì)層引起的金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容串聯(lián)，增大了內(nèi)部柵電壓，從而降低了亞閾值擺幅，甚至可以將亞閾值擺幅降低到60mv·dec-1以下，即達(dá)到突破玻爾茲曼極限60mv·dec-1的性能。由于亞閾值擺幅是衡量晶體管開啟與關(guān)聯(lián)狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換速率的性能指標(biāo)，亞閾值擺幅越小意味著mosfet半導(dǎo)體器件開啟或者關(guān)斷的速率越快。因此，上述技術(shù)方案提高了半導(dǎo)體器件的開關(guān)速度。

36、其中，柵介質(zhì)層的介電常數(shù)大于氧化硅的介電常數(shù)，更好實(shí)現(xiàn)了柵極和半導(dǎo)體本體之間的電絕緣，提高了半導(dǎo)體器件的載流子的輸運(yùn)控制能力，從而有助于降低漏電流。

37、且柵介質(zhì)層具有自發(fā)極化特性，在撤去柵極控制電壓后，由于柵介質(zhì)層具有自發(fā)極化特性，還有剩余極化場能有穩(wěn)定作用在碳化硅或者氮化鎵半導(dǎo)體溝道中，作為柵介質(zhì)層利用靜電場效應(yīng)可以起到浮柵的作用，在半導(dǎo)體器件工作時(shí)無需外延?xùn)艠O控制電壓輸入，便可以有效調(diào)控溝道載流子濃度，顯著抑制器件功耗，尤其是有助于深度耗盡碳化硅或者氮化鎵半導(dǎo)體溝道中的載流子，降低漏電流。

38、再有，第二外延層的導(dǎo)電類型和第一外延層的導(dǎo)電類型相反，第二外延層和阱區(qū)的導(dǎo)電類型和摻雜濃度相等，因此第一外延層和第二外延層構(gòu)成疊層pn結(jié)，阱區(qū)的形成無需對第一外延層通過離子注入工藝形成，避免了離子注入工藝對第一外延層產(chǎn)生晶格缺陷，減少了mosfet半導(dǎo)體器件產(chǎn)生缺陷的可能性，改善了mosfet半導(dǎo)體器件的電性能，并提高了mosfet半導(dǎo)體器件的可靠性。

39、另，本發(fā)明實(shí)施例提供的mosfet半導(dǎo)體器件是碳化硅mosfet半導(dǎo)體器件或者氮化鎵mosfet半導(dǎo)體器件，具有高耐壓、低導(dǎo)通電阻和高頻的優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的性能。

40、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。