半导体器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体器件及其制备方法。

背景技术：

半导体器件，是利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。其应用及其广泛，从消费领域的电子制造业(包含电脑、数码产品、白色家电等)到工业控制类(电力设备、轨道交通、电动汽车、光伏等)领域几乎全部适用。

半导体器件的封装模式主要有焊接和压接两种，其中，在长时间工作或环境老化条件下，焊接封装容易造成焊接部分热应力过分集中，导致功率半导体器件容易退化失效；而压接封装是采用电气功率端子与半导体器件弹力压接的方式实现耐久性电接触，从而规避热应力积聚。

因此，在半导体器件中常采用压接封装的模式进行封装。具体地，如图1所示，半导体器件包括器件本体1(其中，器件本体包括衬底，以及与衬底导电类型相反的半导体层)，以及分别设置在器件本体1两侧的金属层2，以用作功率半导体器件的电极。在压接封装时，对半导体器件的电极施加垂直压接力，实现半导体器件与电气功率端子的电接触。

然而，如图2所示，发明人在研究过程中发现，由于图1中的金属层平行设置在器件本体1的表面，垂直压接力通过金属层全部作用在器件本体上，而随着压接力的增大，半导体器件的导通电压逐渐下降，使得器件所承受的电压和实际导通电流之间的不均衡，引起热量集中分布，造成压力对半导体器件的应力损伤。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种半导体器件及其制备方法，以解决现有半导体器件的结构所导致的应力损伤的问题。

本发明实施例第一方面提供了一种半导体器件，包括：

第一导电类型的衬底；

第二导电类型的第一半导体层，形成在所述衬底上，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反；

多个不连续的第一绝缘凸起，形成在所述第一半导体层上；

第一金属电极层，形成在所述多个不连续的第一绝缘凸起上。

可选地，所述第一绝缘凸起的高度为-50μm，相邻两个所述第一绝缘凸起之间的间距为1μm-100μm。

可选地，所述第一金属电极层的厚度为1μm-100μm。

可选地，所述第一绝缘凸起的材料为二氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、无掺杂硅玻璃、氮化硅或氮氧化硅中的一种。

可选地，所述第一金属层包括至少一层金属层。

可选地，所述第一金属层的材料为铝、钛、镍、银或铜中的至少一种。

可选地，还包括：

具有所述第一导电类型的第二半导体层，形成在所述衬底的另一表面上；

多个不连续的第二绝缘凸起，形成在所述第二半导体层上；

第二金属电极层，形成在所述多个不连续的第二绝缘凸起上。

可选地，所述半导体器件为绝缘栅双极晶体管、快恢复二极管或栅极控制晶体管。

本发明实施例第二方面还提供了一种半导体器件的制备方法，包括：

在第一导电类型的衬底上形成第二导电类型的第一半导体层；其中，所述第一导电类型与所述第二导电类型相反；

在所述第一半导体层上形成多个不连续的第一绝缘凸起；

在所述多个不连续的第一绝缘凸起上形成第一金属电极层。

可选地，所述在所述第一半导体层上形成多个不连续的第一绝缘凸起包括：

在所述第一半导体层上形成绝缘层；

对所述介质层进行图案化去除掉一部分所述介质层暴露出所述第一半导体层表面，以形成所述多个不连续的第一绝缘凸起。

可选地，所述第一绝缘凸起的高度为-50μm，相邻两个所述第一绝缘凸起之间的间距为1μm-100μm。

可选地，所述第一金属电极层的厚度为1μm-100μm。

可选地，还包括：

在所述衬底的另一表面形成具有所述第一导电类型的第二半导体层；

在所述第二半导体层上形成多个不连续的第二绝缘凸起；

在所述多个不连续的第二绝缘凸起上形成第二金属电极层。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的半导体器件，通过若干不连续的第一绝缘凸起，使得第一金属电极层相对于衬底为凹凸结构，当垂直压接力施加在第一金属电极层表面时，由于凸起的存在使得第一金属电极层产生横向形变，进而通过第一金属电极层的横向形变分散部分压接力，以减少作用在第一半导体层以及衬底上的压接力，缓解垂直压力对器件造成的应力损伤，从而避免器件由于压力或热应力而烧毁，提高器件工作稳定性。

2.本发明实施例提供的半导体器件，通过设置第一绝缘凸起的高度以及相邻两个第一绝缘凸起之间的间距，能够保证所形成的半导体器件的正向压降随压力的最大衰减比率可以下降3％。

3.本发明实施例提供的半导体器件，通过第一金属电极层的厚度缓解作用在器件上的垂直压力，即利用第一金属层自身的横向形变分散部分压力，以减少作用的器件上的压力，避免应力损伤。

4.本发明实施例提供的半导体器件，采用绝缘材料形成第一绝缘凸起，以保证该第一绝缘凸起同时具有钝化层的作用，提高该半导体器件的工作稳定性。

5.本发明实施例提供的半导体器件，在衬底的另一侧形成多个不连续的第二绝缘凸起，该第二绝缘凸起与第一绝缘凸起的作用相同，用于缓解该半导体器件的应力损伤，提高器件的工作稳定性。

6.本发明实施例提供的半导体器件的制备方法，通过在第一半导体层上形成多个不连续的第一绝缘凸起，使得第一金属电极层相对于衬底为凹凸结构，当垂直压接力施加在第一金属电极层表面时，由于凸起的存在使得第一金属电极层产生横向形变，进而通过第一金属电极层的横向形变分散部分压接力，以减少作用在第一半导体层以及衬底上的压接力，缓解垂直压力对器件造成的应力损伤，从而避免器件由于压力或热应力而烧毁，提高器件工作稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中半导体器件的结构示意图；

图2为半导体器件的所受压力与正向压降之间的关系；

图3为本发明实施例中半导体器件的结构示意图；

图4为本发明实施例中第一绝缘凸起的在第一半导体层上的投影图；

图5为本发明实施例中半导体器件的另一结构示意图；

图6为本发明实施例中半导体器件的另一结构示意图；

图7为本发明实施例中半导体器件的另一结构示意图；

图8为本发明实施例中半导体器件的制备工艺流程图；

图9a至图9d为本发明实施例中半导体器件的制备结构图；

图10a至图10b为本发明实施例中第一绝缘凸起的制备结构图；

图11a至图11c为本发明实施例中半导体器件的制备结构图；

图12a至图12c为本发明实施例中半导体器件的制备结构图；

附图标记：

110、210-衬底；120、220-第一半导体层；130、230-第二半导体层；140、240介质层；141、241-第一绝缘凸起；242-第二绝缘凸起；150、250-第一金属电极层；160、260-第二金属电极层；301-晶圆耐压层(n型)；302-晶圆n型缓冲层；303-晶圆p型注入区；304-晶圆n型注入区；305-晶圆背面p型注入区；306-注入氧化层；307-多晶硅；308-氧化层；309-介质层；310-正面电极；311-背面电极。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种半导体器件，如图3所示，包括衬底110，形成在衬底110上的第一半导体层120，形成在第一半导体层120上的多个第一绝缘凸起141，以及形成在第一绝缘凸起141上的第一金属电极层150。

其中，衬底110具有第一导电类型，第一半导体层120具有第二导电类型，且第一导电类型与第二导电类型相反。例如，第一导电类型为n型，对应地第二导电类型为p型；或者，第一导电类型为p型，对应地第二导电类型为n型。本实施例中，以第一导电类型为n型，第二导电类型为p型为例进行描述，即衬底110为n型衬底，第一半导体层120为p型半导体层。

此外，第一金属电极层150形成在第一绝缘凸起141上，并通过相邻的第一绝缘凸起141之间的间隙与第一半导体层120连接。可选地，第一绝缘凸起141形成在半导体器件的有源区。

本发明实施例通过若干不连续的第一绝缘凸起141，使得第一金属电极层150相对于衬底110为凹凸结构，当垂直压接力施加在第一金属电极层150表面时，由于第一绝缘凸起141的存在使得第一金属电极层150产生横向形变，进而通过第一金属电极层150的横向形变分散部分压接力，以减少作用在第一半导体层120以及衬底110上的压接力，缓解垂直压力对器件造成的应力损伤，从而避免器件由于压力或热应力而烧毁，提高器件工作稳定性。

在本实施例的一些可选实施方式中，第一绝缘凸起141的高度为-50μm，相邻两个第一绝缘凸起141之间的间距为1μm-100μm。

通过设置第一绝缘凸起141的高度以及相邻两个第一绝缘凸起141之间的间距，与图1所示的半导体器件相比，本实施例提供的半导体器件，能够保证器正向压降随压力的最大衰减比率可以下降3％(其中，图1所示的半导体器件的正向压降随压力的最大衰减比率通常约为15％)。

可选地，第一金属电极层150的厚度为1μm-100μm。通过第一金属电极层150的厚度缓解作用在器件上的垂直压力，即利用第一金属层150自身的横向形变分散部分压力，以减少作用的器件上的压力，避免应力损伤。

进一步可选地，第一金属层包括至少一层金属层，其中第一金属层的材料为铝、钛、镍、银、铜中的至少一种。即，第一金属层中所包括的金属层的数量可以根据实际情况进行具体设置，第一金属层的厚度越厚，压力缓解的作用越明显，其包括的金属层可以是一层金属层、两层金属层或三层金属层等等，每层金属层的厚度或材料可以相同，也可以不相同。

在本实施例的一些可选实施方式中，第一绝缘凸起141的数量可以根据实际情况进行具体设置，只需保证形成在第一绝缘凸起141上的第一金属电极150相对于衬底110为凹凸结构即可。

可选地，形成第一绝缘凸起141的材料为二氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、无掺杂硅玻璃、氮化硅或氮氧化硅中的一种。通过在第一金属电极层150与第一半导体层120之间形成第一绝缘凸起141，使得该第一绝缘凸起141同时具有钝化层的作用，即利用该第一绝缘凸起141可以阻隔第一金属电极层150中的金属离子向下方扩散，从而保护衬底110内部以及界面处不受污染，提高了该半导体器件的工作稳定性。

图4示出了第一绝缘凸起141在第一半导体层120上的投影，更进一步地，第一绝缘凸起141在第一半导体层120上的投影形状为多边形(例如，六边形、方形)、条形、环形或圆形中的一种或多种图形。

此外，如图5所示，本实施例中的半导体器件还包括形成在衬底另一表面上的第二半导体层130，该第二半导体层130的导电类型与衬底110的导电类型相同。在第二半导体层130的表面形成有第二金属电极层160，与形成在第一绝缘凸起141表面的第一金属电极层150配合，形成该半导体器件的电极。例如，衬底110为n型，那么形成在衬底110上的第一半导体层120为p型，形成在衬底110另一表面上的第二半导体层130为n型。

可选地，本实施例中的半导体器件为绝缘栅双极晶体管、快恢复二极管或栅极控制晶体管。

作为本实施例的一个具体应用实例，当该半导体器件为快恢复二极管时，如图5所示，衬底110作为快恢复二极管的耐压层(n型)，第一半导体层120作为快恢复二极管的p型缓冲层，第二半导体层130作为快恢复二极管的n型缓冲层，第一金属电极层150以及第二金属电极层160分别作为快恢复二极管的正面电极与背面电极。

本发明实施例还提供了一种半导体器件，如图6所示，包括衬底210，形成在衬底210上的第一半导体层220，形成在第一半导体层220上的多个第一绝缘凸起241，形成在第一绝缘凸起241上的第一金属电极层250，形成在衬底210上的第二半导体层230，形成在第二半导体层230上的多个第二绝缘凸起242，形成在第二绝缘凸起242上的第二金属电极层260。

与图5所示实施例的不同之处在于，在第二半导体层230与第二金属电极层260之间形成有多个不连续的第二绝缘凸起242，通过第二绝缘凸起242同样用于缓解减少作用在第一半导体层220以及衬底210上的压接力，缓解垂直压力对器件造成的应力损伤，从而避免器件由于压力或热应力而烧毁，提高器件工作稳定性。

其中，关于第二绝缘凸起242的具体结构细节，请参照图3至图5所示实施例中有关第一绝缘凸起141的相关描述，在此不再赘述。

需要说明的是，第二绝缘凸起242以及第二绝缘凸起141所对应的高度、相邻两个凸起之间的间距、材料、数量或在衬底上的投影形状，可以相同，也可以不同，都可以根据半导体器件的实际需求进行具体设置。

本发明实施例还提供了一种半导体器件，如图7所示，包括：耐压层(n型)301，n型缓冲层302，p型注入区303，n型注入区304，背面p型注入区305，注入氧化层306，多晶硅307，氧化层308，介质层309，正面电极310以及背面电极311。

本发明实施例还提供了一种半导体器件的制备方法，如图8所示，该方法包括：

s10，在第一导电类型的衬底上形成第二导电类型的第一半导体层；其中，第一导电类型与第二导电类型相反。

如图9a所示，提供具有第一导电类型的衬底110，如图9b所示，在衬底110上形成具有第二导电类型的第一半导体层120。其中，第一导电类型与第二导线类型相反。本实施例中，以第一导电类型为n型，第二导电类型为p型为例进行详细描述；即，衬底110为n型衬底，第一半导体层120为p型半导体层。

例如，在原始衬底110的基础上，进行表面清洗，生成注入氧化层，涂胶、显影后形成p型掺杂注入窗口，注入硼等p型杂质，去胶、清洗后推结，形成一定结深的p型缓冲层(即，第一半导体层120)。

s20，在第一半导体层上形成多个不连续的第一绝缘凸起。

如图9c所示，在第一半导体层120上形成多个不连续的第一绝缘凸起141。其中，所有的第一绝缘凸起141可以利用介质层刻蚀形成，也可以是单独制备第一绝缘凸起141。

s30，在多个不连续的第一绝缘凸起上形成第一金属电极层。

如图9d所示，在第一绝缘凸起141上形成第一金属电极层141。具体可以采用蒸发或溅射的方式生长金属层，以形成第一金属电极层141。

通过在第一半导体层120上形成多个不连续的第一绝缘凸起141，使得第一金属电极层150相对于衬底110为凹凸结构，当垂直压接力施加在第一金属电极层150表面时，由于凸起的存在使得第一金属电极层150产生横向形变，进而通过第一金属电极层150的横向形变分散部分压接力，以减少作用在第一半导体层以及衬底110上的压接力，缓解垂直压力对器件造成的应力损伤，从而避免器件由于压力或热应力而烧毁，提高器件工作稳定性。

在本实施例的一些可选实施方式中，s20具体包括以下步骤：

s21，在第一半导体层上形成介质层。

如图10a所示，在第一半导体层上形成介质层140。其中，可以采用热生长、化学气相沉积或物理气相沉积等方式，形成介质层140。此外，所形成的介质层120的厚度为-50μm。

s22，对介质层进行图案化去除掉一部分介质层暴露出第一半导体层表面，以形成多个不连续的第一绝缘凸起。

如图10b所示，对于介质层140的刻蚀，可以采用涂胶、显影后形成刻蚀窗口，采用湿法或干法的方式进行介质层140刻蚀，形成有源区上方的多个不连续的第一绝缘凸起141。

此外，本实施例中的制备方法还包括：在衬底110的另一表面形成第二半导体层130，具体结构如图5所示。例如，在衬底110的另一表面注入磷或砷等n型杂质，推结后形成第二半导体层130。即，在s20之前，在衬底110上分别形成第一半导体层120以及第二半导体层130；或者在s30之后，在衬底110的另一表面形成第二半导体层130。

进一步地，还包括，在第二半导体层130上形成第二金属电极层160，具体结构如图5所示。例如，可以先对第二半导体层130减薄或腐蚀，再金属化形成第二金属电极层160。

可选地，在第一金属电极表面150还可以垫积钝化层，用于防止第一金属电极表面150被腐蚀等等；其中，该钝化层的材料可以为聚酰亚胺等等。

未在本实施例中详细描述的半导体器件的结构细节，请参照图3至图5所示实施例的描述，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种半导体器件的制备方法，与图8至图10所示实施例不同的是，如图11a所示，在形成第一半导体层220以及第二半导体层230之后，分别在第一半导体层220，以及第二半导体层230上形成介质层240；然后，如图11b所示，再对两个介质层240分别进行图案化，以形成第一绝缘凸起241以及第二绝缘凸起242；最后，如图11c所示，形成第一金属电极层250以及第二金属电极层260。

可选地，如图12a所示，在形成第一金属电极层250以及第二半导体层230之后，在第二半导体层230上形成介质层240；如图12b所示，图案化该介质层240，以形成多个不连续的第二绝缘凸起242；如图12c所示，在多个不连续的第二绝缘凸起242上形成第二金属电极层260。

未在本实施例中详细描述的结构细节，请参照图6所示实施例的相关描述，在此不再赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。