半导体器件及其制备方法、功率模块、功率转换电路和车辆与流程

本申请属于半导体，尤其涉及一种半导体器件及其制备方法、功率模块、功率转换电路和车辆。

背景技术：

1、在半导体技术领域中，沟槽型功率器件具有电流密度大、单个器件的原胞尺寸小等优点，该器件通常具有沟槽型栅极结构，通过在沟槽内填充多晶硅形成栅极。但是对于沟槽型栅极结构，其栅极较长，当器件施加栅极偏置电压时，栅极电阻较大，栅电压不能立刻到达栅极的终点而造成延迟，这种栅电压传播的延迟情况，会导致器件开启瞬态的导通电阻较大。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种半导体器件及其制备方法、功率模块、功率转换电路和车辆，能够降低栅极结构的方块电阻，从而降低器件开启瞬态的导通电阻。

2、一方面，本申请实施例提供了一种半导体器件，包括：

3、衬底；外延层，设置于衬底上，外延层设置为第一导电类型，该外延层包括远离衬底一侧的第一表面，外延层还包括阱区、第一区域，第一区域设置于第一表面，第一区域为第一导电类型，阱区设置为第二导电类型，阱区设置于第一区域的远离第一表面的一侧，第一表面设置有栅极沟槽，栅极沟槽从第一表面延伸至外延层中，且贯穿第一区域和阱区；

4、栅极结构，位于栅极沟槽内，该栅极结构包括形成在栅极沟槽表面的第一绝缘层，以及形成在第一绝缘层内的第一多晶硅层和第一导电材料层，第一导电材料层的电导率大于第一多晶硅层的导电率；

5、源极，形成在第一表面，且与第一区域电连接；

6、漏极，设置于衬底的远离外延层的一侧。

7、在一些实施例中，上述第一多晶硅层形成在第一绝缘层和第一导电材料层之间。

8、在一些实施例中，第一多晶硅层包括临近第一表面的端部，第一导电材料层覆盖该端部。

9、在一些实施例中，第一绝缘层包括延伸至第一表面上的延伸部，第一多晶硅层至少部分覆盖该延伸部。

10、在一些实施例中，上述第一导电材料层为金属材料层。

11、在一些实施例中，上述金属材料层包括钼、钨或钛。

12、在一些实施例中，第一表面设置有源极沟槽，源极延伸至源极沟槽内，半导体器件还包括设置于源极沟槽表面的第二绝缘层，以及设置于第二绝缘层和源极之间的第二多晶硅层。

13、在一些实施例中，外延层还包括第二区域，第二区域设置于第一表面，且位于第一区域和阱区的外侧，第二区域为第二导电类型，并且源极沟槽形成在第二区域内。

14、在一些实施例中，上述源极延伸至源极沟槽内的部分为第二导电材料层，上述第二多晶硅层形成在第二导电材料层和第二绝缘层之间。

15、本申请实施例提供的技术方案，其中的半导体器件包括形成在栅极沟槽内的栅极结构，而栅极结构具体包括形成在栅极沟槽表面的第一绝缘层，以及形成在第一绝缘层内的第一多晶硅层和第一导电材料层，并且第一导电材料层的电导率大于所述第一多晶硅层的导电率，因此相对于现有技术，该结构能够有效降低栅极的方块电阻，从而降低器件开启瞬态的导通电阻，并且提升了栅极的充电能力，即在相同的栅极电压下，栅极能够更快地充电到所需的电位水平，从而提高了半导体器件的响应速度和性能。

16、另一方面，本申请实施例还提供一种半导体器件的制备方法，包括：

17、在衬底上形成外延层，外延层包括远离衬底一侧的第一表面，在外延层中还包括阱区、和第一区域，第一区域位于第一表面，阱区位于第一区域的远离第一表面的一侧，在第一表面内形成栅极沟槽，栅极沟槽从第一表面延伸至外延层中，且贯穿第一区域和阱区；

18、在栅极沟槽内形成栅极结构，栅极结构包括形成在栅极沟槽表面的第一绝缘层，以及形成在第一绝缘层内的第一多晶硅层和第一导电材料层，第一导电材料层的电导率大于第一多晶硅层的导电率；

19、在第一表面形成源极，源极与第一区域和第二区域电连接；

20、形成漏极，漏极位于衬底的远离外延层的一侧。

21、本申请实施例提供的制备方法，在形成半导体器件的栅极结构的过程中，通过在栅极沟槽表面形成第一绝缘层，并在第一绝缘层内形成第一多晶硅层和第一导电材料层，并且第一导电材料层的电导率大于所述第一多晶硅层的导电率，因此，使得制作得到栅极结构能够降低了有效栅极的方块电阻，从而可以降低器件开启瞬态的导通电阻，并且提升了栅极的充电能力，即在相同的栅极电压下，栅极能够更快地充电到所需的电位水平，从而提高了半导体器件的响应速度和性能。

22、在一些实施例中，上述在栅极沟槽内形成栅极结构，包括：

23、在栅极沟槽表面形成第一绝缘层，并在第一绝缘层内依次形成第一多晶硅层和第一导电材料层，该第一多晶硅层设置在第一导电材料层和第一绝缘层之间。

24、另一方面，本申请实施例还提供一种功率模块，该功率模块包括基板以及如上述任一实施例的半导体器件，基板用于承载半导体器件。

25、又一方面，本申请实施例还提供一种功率转换电路，该功率转换电路用于电流转换、电压转换、功率因数校正中的一个或多个。功率转换电路包括电路板以及如上述任一实施例的半导体器件，半导体器件与电路板电连接。

26、又一方面，本申请实施例还提供一种车辆，该车辆包括负载以及如上述实施例的功率转换电路，功率转换电路用于将交流电转换为直流电、将交流电转换为交流电、将直流电转换为直流电或者将直流电转换为交流电后，输入到负载。

27、上述功率模块、功率转换电路和车辆具有与上述一些实施例中提供的半导体器件相同的结构和有益技术效果，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种半导体器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一多晶硅层形成在所述第一导电材料层和第一绝缘层之间。

3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述第一多晶硅层包括临近所述第一表面的端部，所述第一导电材料层覆盖所述端部。

4.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，所述第一绝缘层包括延伸至第一表面上的延伸部，所述第一多晶硅层至少部分覆盖所述延伸部。

5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一导电材料层为金属材料层或者氧化物材料层。

6.根据权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述金属材料层包括钼、钨或钛，所述氧化物材料层包括铟锡氧化物或者掺氟锡氧化物。

7.根据权利要求1-6任一所述的半导体器件，其特征在于，所述第一表面设置有源极沟槽，所述源极延伸至所述源极沟槽内，所述半导体器件还包括设置于所述源极沟槽表面的第二绝缘层，以及设置于所述第二绝缘层和所述源极之间的第二多晶硅层。

8.根据权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述外延层还包括第二区域，所述第二区域设置于所述第一表面，且位于所述第一区域和所述阱区的外侧，所述第二区域为第二导电类型，并且所述源极沟槽形成在第二区域内。

9.根据权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述源极延伸至所述源极沟槽内的部分为第二导电材料层，所述第二多晶硅层形成在所述第二导电材料层和第二绝缘层之间。

10.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，在所述栅极沟槽内形成栅极结构，包括：

12.一种功率模块，其特征在于，包括：

13.一种功率转换电路，其特征在于，所述功率转换电路用于电流转换、电压转换、功率因数校正中的一个或多个；

14.一种车辆，其特征在于，包括：负载以及如权利要求13所述的功率转换电路，所述功率转换电路用于将交流电转换为直流电、将交流电转换为交流电、将直流电转换为直流电或者将直流电转换为交流电后，输入到所述负载。

技术总结
本申请公开了一种半导体器件及其制备方法、功率模块、功率转换电路和车辆，涉及半导体技术领域，其中的半导体器件包括：衬底；外延层；外延层包括远离衬底一侧的第一表面，外延层还包括阱区和第一区域；在第一表面设置有栅极沟槽，栅极沟槽从第一表面延伸至外延层中；栅极结构，位于栅极沟槽内，栅极结构包括形成在栅极沟槽表面的第一绝缘层，以及形成在第一绝缘层内的第一多晶硅层和第一导电材料层，第一导电材料层的电导率大于第一多晶硅层的导电率；源极，形成在第一表面，且与第一区域电连接；漏极，设置于衬底的远离外延层的一侧。本申请公开的技术方案降低了栅极结构的方块电阻，从而降低器件开启瞬态的导通电阻。

技术研发人员：罗成志
受保护的技术使用者：安徽长飞先进半导体股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/18