[发明专利]具有回流金属间电介质层的功率半导体器件

说明书

功率半导体器件包括包含至少一个回流电介质材料图案和至少一个不可回流电介质材料图案的多层金属间电介质图案。在其他实施例中，功率半导体器件包括回流金属间电介质图案，其使用诸如坝料之类的牺牲结构形成以在回流处理期间限制金属间电介质图案的可回流电介质材料的横向扩展。该金属间电介质图案可以具有改进的形状和性能。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年5月16日提交的美国专利申请序列号16/413,921的优先权，其全部内容通过引用并入本文，如同其全文被阐述一样。

技术领域

本发明涉及半导体器件，并且更具体地，涉及功率半导体器件。

背景技术

功率半导体器件用于携带大电流并支持高电压。已知在本领域中有多种功率半导体器件，包括例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)、绝缘栅双极晶体管(“IGBT”)和各种其他器件。这些功率半导体器件通常由宽带隙半导体材料制成，诸如碳化硅或氮化镓基材料(在此，术语“宽带隙半导体”涵盖了带隙至少为1.4eV的任何半导体)。功率半导体器件被设计为阻断(在正向或反向阻断状态下)大电压和/或电流或通过(在正向操作状态下)大电压和/或电流。例如，在阻断状态下，功率半导体器件可以被设计为承受数百或数千伏的电势。

功率半导体器件可以具有横向结构或垂直结构。在具有横向结构的器件中，器件的端子(例如，功率MOSFET的漏极、栅极和源极端子)在半导体层结构的相同主表面(即，上部或下部)上。相比之下，在具有垂直结构的器件中，在半导体层结构的每个主表面上设置至少一个端子(例如，在垂直MOSFET中，源极和栅极可以在半导体层结构的上表面上，并且漏极可以在半导体层结构的底表面上)。垂直结构通常用在非常高功率的应用中，因为垂直结构允许可以支持高电流密度和阻断高电压的厚的半导体漂移层。在此，术语“半导体层结构”是指包括诸如半导体基底和/或半导体外延层之类的一个或多个半导体层的结构。

传统的垂直碳化硅功率MOSFET包括形成在诸如碳化硅晶片之类的碳化硅基底上的外延层结构。外延层结构(其可以包括一个或多个单独的层)用作功率半导体器件的漂移区。MOSFET可以具有形成在其中形成有一个或多个半导体器件的漂移区之上和/或之中的有源区，以及可以围绕有源区的终止区(termination region)。有源区充当主结，用于阻断反向偏置方向的电压并提供正向偏置方向的电流。功率MOSFET通常具有单位格子结构，从而意味着有源区包括并联电连接的大量单独的“单位格子”MOSFET，以用作单个功率MOSFET。在高功率应用中，这样的器件可以包括数千或数万个单位格子。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了半导体器件，其包括宽带隙半导体层结构、在宽带隙半导体层结构的上表面上的栅极电极结构、在栅极电极结构上的金属间电介质图案以及在金属间电介质图案上的源极金属化结构，该金属间电介质图案包括不可回流电介质材料图案和回流电介质材料图案。栅极电极结构在宽带隙半导体层结构与金属间电介质图案之间，并且金属间电介质图案在栅极电极结构与源极金属化结构之间。

在一些实施例中，不可回流电介质材料图案在栅极电极结构与回流电介质材料图案之间。

在一些实施例中，不可回流电介质材料图案的最小厚度可以被选择为足以避免金属间电介质图案在半导体器件的正常操作期间击穿。

在一些实施例中，不可回流电介质材料图案的上角的厚度可以被选择为足以避免金属间电介质图案在半导体器件的正常操作期间击穿。

在一些实施例中，栅极电极结构可以包括多个栅极指，该多个栅极指与宽带隙半导体层结构被多个栅极绝缘指中的相应栅极绝缘指分开，并且不可回流电介质材料图案可以包括保形地围绕相应栅极指的上表面和侧表面的多个不可回流电介质指。

在一些实施例中，回流电介质材料图案可以具有圆化截面。