半导体器件

技术领域

本申请实施例涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体器件。

背景技术

随着半导体集成电路的集成度不断提高，半导体器件的特征尺寸越来越小。而在器件尺寸缩小的同时，其工作电压不能同比例地降低，这使得器件内部的电场相对升高，从而导致一些器件可靠性问题的出现。

半导体器件中的潜在缺陷一旦引起失效，在可靠性测试中会损失样本量，而且触发失效分析，消耗人力物力；流转到客户端失效，则会引起客诉，增加失效诊断和维护成本。因此，如何降低因潜在缺陷引起的失效影响，提高半导体器件的可靠性，是一个重要的问题。

发明内容

本申请实施方式的目的在于提供一种半导体器件，能够降低因潜在缺陷引起的失效影响，提高半导体器件的可靠性。

为解决上述技术问题，本申请的实施方式提供了一种半导体器件，半导体器件包括第一导电类型半导体衬底，位于第一导电类型半导体衬底上的第二导电类型漂移区，以及沿第一方向间隔设置在第二导电类型漂移区的第一导电类型体区，第一导电类型体区设置有沿第一方向间隔的第二导电类型源区，第二导电类型漂移区覆盖有延伸至相邻两个第二导电类型源区的栅极氧化层，栅极氧化层远离第一导电类型半导体衬底的一侧设置有栅极金属层，第一导电类型体区覆盖有延伸至相邻两个第二导电类型源区的发射极金属层，栅极金属层与栅极氧化层之间，和/或发射极金属层与第一导电类型体区之间设置有在电流密度超限时转变为高阻状态的导电层。

本申请的实施方式还提供了一种半导体器件，半导体器件包括第一导电类型半导体衬底，位于第一导电类型半导体衬底上的第二导电类型漂移区，以及沿第一方向间隔设置在第二导电类型漂移区的第一导电类型体区，第一导电类型体区设置有沿第一方向间隔的第二导电类型源区，第二导电类型漂移区覆盖有延伸至相邻两个第二导电类型源区的栅极氧化层，栅极氧化层远离第一导电类型半导体衬底的一侧设置有栅极金属层，栅极金属层引出有第一金属线，第一导电类型体区覆盖有延伸至相邻两个第二导电类型源区的发射极金属层，发射极金属层引出有第二金属线，第一金属线和/或第二金属线上串接有在电流密度超限时转变为高阻状态的导电材料。

本申请的实施方式提供的半导体器件，通过在栅极金属层和/或发射极金属层下方增加起隔离作用的导电层，能有效隔离因器件潜在缺陷导致早夭的某个元胞，不影响器件整体的正常使用。从而降低因潜在缺陷引起的失效影响，提高半导体器件的可靠性。

在一些实施方式中，导电层在第一方向上与栅极金属层保持平齐状态。

在一些实施方式中，导电层在第一方向与发射极金属层保持平齐状态。

在一些实施方式中，导电层的材质包括相变导电材料。

在一些实施方式中，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型；或者第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请一些实施例提供的半导体器件的元胞剖面结构示意图；

图2是本申请另一些实施例提供的半导体器件的元胞剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

半导体器件制造工艺不可避免的会给器件引入缺陷，可能会造成器件的早夭。虽然器件在封装前的良率测试和封装后的功能测试能筛去一些明显缺陷样品，但有一些不明显或潜在缺陷的样品无法筛掉，流入可靠性认证中或流转到终端用户，缺陷诱发的失效会给正常测试或客户使用造成干扰。对此，需要采用有效的隔离方法。

以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)为例，作为一种新型的半导体器件，IGBT被广泛应用到工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。随着IGBT结构设计和工艺技术的升级，IGBT主流产品包括平面栅极和沟槽栅极两种类型。以功率器件平面型IGBT为例，通常cell(器件)区是多元胞并联，栅极通过gate bus(栅总线)连出。实际情形中，若IGBT元胞结构中的栅极氧化层含有潜在缺陷，会加快栅氧退化，可能出现IGSS(栅源漏电)漏电过大早夭。若P基区或N基区出现位错线错等晶格缺陷，会出现BV下降，相应的发射极和集电极之间的漏电增大。这些潜在缺陷一旦引起失效，若不能有效隔离，在可靠性测试中会损失样本量，而且触发失效分析，消耗人力物力；流转到客户端失效，引起客诉，增加失效诊断和维护成本。

由于cell区是大量元胞并联结构，某个元胞中出现了缺陷，只要能有效隔离起来，不会影响整个器件的正常使用，确保器件的有效寿命和终端客户使用的满意度。因此，本申请一些实施例提供了一种半导体器件，在功率器件发射极金属层和/或栅极金属层下方添加一层起隔离作用的导电材料层，或者将每个元胞通过金属互联出去，在相应金属线上布置起隔离作用的导电材料。具有隔离作用的导电材料能以过流熔断或者转变为高阻状态的形式，有效隔离因潜在缺陷导致早夭的某个元胞，从而不影响器件整体的正常使用。

下面结合图1和图2，说明本申请一些实施例提供的半导体器件。

如图1所示，本申请一些实施例提供的半导体器件包括第一导电类型半导体衬底11，位于第一导电类型半导体衬底11上的第二导电类型漂移区12，以及沿第一方向(图1中水平方向)间隔设置在第二导电类型漂移区12的第一导电类型体区13，第一导电类型体区13设置有沿第一方向间隔的第二导电类型源区14，第二导电类型漂移区12覆盖有延伸至相邻两个第二导电类型源区的栅极氧化层15，栅极氧化层15远离第一导电类型半导体衬底11的一侧设置有栅极金属层16，第一导电类型体区13覆盖有延伸至相邻两个第二导电类型源区14的发射极金属层17，栅极金属层16与栅极氧化层15之间，和/或发射极金属层17与第一导电类型体区13之间设置有在电流密度超限时转变为高阻状态的导电层18。

实际情形中，电流密度根据器件实际应用确定，不做统一要求。导电层18形成方式、形状尺寸和厚度也随着实际器件的应用情形变化，以实现阻断元胞电流起到隔离效果为目的。根据器件限流要求得到电流密度来确定导电层18的材料厚度，以满足过流形成高阻达到阻断栅极金属层16和/或发射极金属层17的目的。例如，可以采用一定厚度的导电层18，使导电层18的电阻在超过电流密度后增大2个数量级，以阻断半导体器件中的元胞。其中，图1中第一导电类型半导体衬底11背面为集电极金属层19。

本申请一些实施例提供的半导体器件，通过在栅极金属层16和/或发射极金属层17下方增加起隔离作用的导电层18，能有效隔离因器件潜在缺陷导致早夭的某个元胞，不影响器件整体的正常使用。从而降低因潜在缺陷引起的失效影响，提高半导体器件的可靠性。

如图1所示，在栅极金属层16下方设置有导电层18的情况下，可以使导电层18在第一方向上与栅极金属层16保持平齐状态。

而在发射极金属层17下方设置有导电层18的情况下，可以使导电层18在第一方向与发射极金属层17保持平齐状态。

通过使导电层18与所要隔离的金属层保持平齐状态，可以避免两者交接的界面处轻易出现界面缺陷，而影响金属层原有的电学性能。

在一些实施例中，导电层18的材质可以包括相变导电材料。

相变导电材料是一种新型的电子材料，可以在特定的温度和压力条件下，从一种变化为另一种状态，从而改变导电性质。相变导电材料可以为氟化铜、氟化锌、硫化钙等。

另外，导电层18的材质也可以采用形成efuse(electronic fuse，电子保险丝)的材料或者其他过流时熔断、转变为高阻状态的材料，或者微熔时形成高阻的材料。

作为一种对对原工艺流程影响较小的导电层18形成工艺，可以利用形成栅氧和有源区尺寸的光罩，在淀积发射极金属和栅极金属前，生长一层相变材料。根据限流要求算出电流密度来确定这层材料厚度，满足过流形成高阻，以阻断该元胞。

作为另一种对原工艺流程影响较小的导电层18形成工艺，可以利用形成栅氧和有源区尺寸的光罩，在淀积发射极和栅极金属前，生长一层efuse。根据限流要求算出电流密度来确定这层材料厚度，满足过流熔断，以阻断该元胞。

这样，在不增加现有工艺光罩的情况下，在功率器件发射极金属层17和/或栅极金属层16下方添加一层起隔离作用的导电材料，能有效隔离因潜在缺陷导致早夭的某个元胞，而不影响器件整体的正常使用。

在一些实施例中，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型；或者第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。

如图2所示，本申请一些实施例还提供了一种半导体器件，半导体器件包括第一导电类型半导体衬底11，位于第一导电类型半导体衬底11上的第二导电类型漂移区12，以及沿第一方向(图2中水平方向)间隔设置在第二导电类型漂移区12的第一导电类型体区13，第一导电类型体区13设置有沿第一方向间隔的第二导电类型源区14，第二导电类型漂移区12覆盖有延伸至相邻两个第二导电类型源区14的栅极氧化层15，栅极氧化层15远离第一导电类型半导体衬底11的一侧设置有栅极金属层16，栅极金属层16引出有第一金属线161，第一导电类型体区13覆盖有延伸至相邻两个第二导电类型源区14的发射极金属层17，发射极金属层17引出有第二金属线171，第一金属线161和/或第二金属线171上串接有在电流密度超限时转变为高阻状态的导电材料181。

通过把每个元胞中的金属层通过金属线互联出去，并在相应金属线上放置efuse或相变材料，实现类似隔离元胞的作用。这种金属布线在工艺上容易实现，并且，可以通过量测efuse或相变材料所在栅极与集电极之间电阻或者发射极与集电极之间电阻变化，来判断缺陷所在的元胞，有利于失效分析的电性诊断。其中，图2中第一导电类型半导体衬底11的背面为集电极金属层19。

在一些实施例中，导电材料181的材质包括相变导电材料。

相变导电材料是一种新型的电子材料，可以在特定的温度和压力条件下，从一种变化为另一种状态，从而改变导电性质。相变导电材料可以为氟化铜、氟化锌、硫化钙等。

另外，第一导电类型可以为P型，第二导电类型为N型；或者第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。