CN205944097U - 一种具有n‑/n+/n+型三维结构的半导体晶圆 - Google Patents

Abstract

一种具有N‑/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，涉及一种半导体晶圆，在半导体晶圆上设有连接层和导通层，连接层和导通层设置在半导体晶圆的任意面上，半导体晶圆是导电型号为N型的高阻区，即N‑区；连接层是导电型号为N型的高浓度区，即N+区，阵列状分布的连接体一端植入半导体晶圆内部，另一端在半导体晶圆的底面通过导通层互相连接；导通层是导电型号为N型的高浓度区，即N+区，在半导体晶圆背面，导通层上设置有保护层；本实用新型实用性强，使用起来比较简单，控制方案严密、协调、效果好、设计巧妙，易于实施，在节能的同时也极大的方便了客户的需求，同时也极大的提高半导体性能。

Description

一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆

【技术领域】

本实用新型涉及一种半导体晶圆，尤其是涉及一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆。

【背景技术】

公知的，用于半导体芯片制造的晶圆材料主要是单晶外延片和单晶抛光片，外延片是在单晶抛光片也就是衬底层上生长一层外延层，衬底层主要起支撑作用，外延层用于制造半导体芯片，高电压半导体芯片需要更厚的外延层厚度，随着外延层厚度的增加，不仅成本大幅度提高，其缺陷密度也随之增加，不能满足新型高压大功率半导体芯片制造的需要，并且衬底层对半导体芯片性能也有限制作用。

以硅为代表的半导体材料具有硬而脆的特性，单晶外延片和单晶抛光片都必须有一定的厚度以增加其强度，在半导体芯片制造过程中都须要经过减薄过程，以移除多余的厚度，这样就造成该过程不仅成本高而且工艺难度大。

随着节能降耗要求越来越高，对半导体器件的电压和功耗要求也越来越高，半导体器件的工作电压要求逐步提升到6500V甚至更高，而基于外延片制造的半导体器件电压一般不超过1700V，外延片的局限性表现明显，受限于传统半导体晶圆材料的固有特性，半导体器件功耗的瓶颈不能得到有效的大幅度的降低；另外，功率半导体制造逐渐走进高集成度的亚微米CMOS时代，但是，基于目前主流半导体晶圆材料，亚微米CMOS制作工艺与新型高压大功率器件所必需的三维“深PN结”结构从根本上无法兼容，成为高性能功率半导体持续发展的关键瓶颈。

【实用新型内容】

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，本实用新型通过在半导体晶圆上设有连接层和导通层，以替代单晶外延片和单晶原片从而提高半导体性能的目的。

为了实现所述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，包括半导体晶圆、连接层、导通层和保护层，导通层上设有保护层，在半导体晶圆上设有连接层和导通层，连接层和导通层设置在半导体晶圆的任意面上。

所述半导体晶圆为圆柱型结构。

所述连接层至少为一层，连接层设置在半导体晶圆的底面或侧面上。

所述连接层由若干根连接体构成，每根连接体的一端插入到半导体晶圆内，每根连接体的另一端与半导体晶圆的底面相平齐。

所述连接体为棱柱型、圆柱型、圆型或椭圆型结构，连接体在半导体晶圆内呈阵列结构进行排列。

所述导通层设置在半导体晶圆的任一底面上。

所述保护层设置在导通层的外侧面上。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型所述的一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，包括半导体晶圆、连接层、导通层和保护层，通过在半导体晶圆上设有连接层和导通层，以替代单晶外延片和单晶原片从而提高半导体性能的目的；

1、在半导体晶圆上形成了承担高电压的三维“深结”结构即连接层，解决了功率半导体芯片亚微米CMOS工艺和“深PN结”结构的工艺矛盾，可以简化功率半导体芯片的制造流程并降低其制造难度；

2、有效提高半导体芯片的电流密度，基于本实用新型的半导体芯片比传统半导体芯片功耗可降低30%以上；

3、降低半导体晶圆高阻区的缺陷密度，大幅降低半导体芯片的漏电流，基于本实用新型的半导体芯片比传统半导体芯片漏电流可降低1-2个数量级；4、提高功率半导体的二次击穿耐量，基于本实用新型的半导体芯片比传统半导体芯片提高二次击穿耐量50%以上，从根本上提高器件的抗烧毁能力；

5、由于连接层的作用，可大幅度降低半导体晶圆“超薄”要求，解决了基于传统半导体晶圆背面金属化时的超薄片加工技术难题；

6、三维结构可以大幅度减少半导体晶圆热应力，半导体晶圆更平坦且具有韧性，在半导体芯片制造过程中不易碎裂。

7、三维半导体晶圆各项参数可控性好，电阻率在0.5-2000Ω.cm范围内可选，电阻率偏差可控制在±5%以内，面内电阻率不均匀性可控制在6%以内；总厚度在150-2000μm范围内可选；半导体晶圆高阻区厚度在10-1000μm范围内可定制，半导体晶圆高阻区厚度偏差可控制在±2.5μm以内。

8、基于本实用新型制造的半导体器件，可以实现6500V、7200V、8500V及更高的工作电压，即可以用于制造工作电压从几个伏特到上万伏特的各类半导体器件。

本实用新型实用性强，使用起来比较简单，控制方案严密、协调、效果好、设计巧妙，易于实施，在极大的提高半导体性能的同时也极大的方便了客户的使用。

【附图说明】

图1为本实用新型的立体结构拆分示意图；

图2为本实用新型的N-/N+/N+型三维半导体晶圆立体结构拆分示意图；

图中：1、半导体晶圆；2、连接体；3、导通层；4、保护层。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进。

结合附图1所述的一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，包括半导体晶圆1、连接层、导通层3和保护层4，导通层3上设有保护层4，在半导体晶圆1上设有连接层和导通层3，连接层2和导通层3设置在半导体晶圆1的任意面上；所述半导体晶圆1为圆柱型结构；所述连接层至少为一层，连接层设置在半导体晶圆1的底面或侧面上；所述连接层由若干根连接体2构成，每根连接体2的一端插入到半导体晶圆1内，每根连接体2的另一端与半导体晶圆1的底面相平齐；所述连接体2为棱柱型、圆柱型、圆型或椭圆型结构，连接体2在半导体晶圆1内呈阵列结构进行排列；所述导通层3设置在半导体晶圆1的任一底面上；所述保护层4设置在导通层3的外侧面上。

本实用新型所述的一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，根据不同功率半导体的种类，本实用新型专利中具有三维结构的半导体晶圆1、连接层、导通层3部分的导电类型可分别选定为N型或P型，其中半导体晶圆1的任一底面可以根据芯片的要求进行制造；

结合附图2，实施例1， N-/N+/N+型三维半导体晶圆

半导体晶圆1是导电型号为N型的高阻区，即N-区；连接层是导电型号为N型的高浓度区，即N+区，阵列状分布的连接体2一端植入半导体晶圆1内部，另一端在半导体晶圆1的底面通过导通层3互相连接；导通层3是导电型号为N型的高浓度区，即N+区，在半导体晶圆1背面，导通层3上设置有保护层4，此类三维半导体晶圆1主要适用于MOSFET与FRD的制造，通过独特的三维结构连接体的设计和实现，可以增加MOSFET芯片的电流密度，其功率损耗可以降低30%以上，进而可以有效缩小芯片的版图面积，降低芯片综合成本；还可以增大FRD芯片软度因子。

本实用新型未详述部分为现有技术，尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，具体实现该技术方案方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，包括半导体晶圆、连接层、导通层和保护层，导通层上设有保护层，其特征是：在半导体晶圆上设有连接层和导通层，连接层和导通层设置在半导体晶圆的任意面上，半导体晶圆是导电型号为N型的高阻区，即N-区；连接层是导电型号为N型的高浓度区，即N+区，阵列状分布的连接体一端植入半导体晶圆内部，另一端在半导体晶圆的底面通过导通层互相连接；导通层是导电型号为N型的高浓度区，即N+区，在半导体晶圆背面，导通层上设置有保护层。

2.根据权利要求1所述的一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，其特征是：所述半导体晶圆为圆柱型结构。

3.根据权利要求1所述的一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，其特征是：所述连接层至少为一层，连接层设置在半导体晶圆的底面或侧面上。

4.根据权利要求1或3所述的一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，其特征是：所述连接层由若干根连接体构成，每根连接体的一端插入到半导体晶圆内，每根连接体的另一端与半导体晶圆的底面相平齐。

5.根据权利要求4所述的一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，其特征是：所述连接体为棱柱型、圆柱型、圆型或椭圆型结构，连接体在半导体晶圆内呈阵列结构进行排列。

6.根据权利要求1所述的一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，其特征是：所述导通层设置在半导体晶圆的任一底面上。

7.根据权利要求1所述的一种具有N-/N+/N+型三维结构的半导体晶圆，其特征是：所述保护层设置在导通层的外侧面上。