[發(fā)明專利]帶有集成箝位電路的累積型場效應管

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110320036.4
• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN102468298A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設計）人: 伍時謙;安荷·叭剌;王曉彬
• 申請（專利權(quán)）人: 萬國半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L21/335
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

技術(shù)領域

本發(fā)明主要涉及場效應管，更確切地說是涉及功率累積場效應管。

背景技術(shù)

累積模式場效應管，有時稱為“累積型場效應管”，可以作為溝槽型型場效應管，就像在金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)中那樣，但含有極少或沒有本體區(qū)，因此含有極少或沒有p-n結(jié)。對溝槽柵極之間的區(qū)域(稱為臺面結(jié)構(gòu))與柵極材料(通常是多晶硅)進行摻雜，為累積型場效應管提供一個功函數(shù)，當累積型場效應管斷開時，使臺面結(jié)構(gòu)區(qū)域耗盡，這與結(jié)型場效應管(JFET)類似。當柵極所加電壓使臺面結(jié)構(gòu)不完全耗盡時，電流通路會延伸到位于臺面結(jié)構(gòu)一端(例如頂部)的“源極”以及位于臺面結(jié)構(gòu)另一端(例如底部)的“漏極”之間。柵極溝槽通常形成在外延層中，外延層生長在底部襯底上方。當柵極電壓等于源極電壓時(即V_gs＝0)，增強型的累積型場效應管斷開。如果增大V_gs(對于n-型累積型場效應管來說)，柵極周圍的耗盡區(qū)會變小，在源極和漏極之間產(chǎn)生一個電流通路。進一步增大V_gs，會沿溝槽柵極側(cè)壁形成累積區(qū)，提高通道傳導，并且進一步降低器件的導通電阻。

累積型場效應管可以具有很高的晶胞密度以及極低的導通電阻。然而，累積型場效應管用在功率半導體器件中卻會受到許多缺陷的限制。確切地說，缺少用于限制峰值漏極擊穿電壓的箝位結(jié)構(gòu)，使累積型場效應管易受電流/電壓尖峰信號的影響。尤其是當斷開累積型場效應管時，更容易產(chǎn)生這種問題。確切地說，有研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)柵極氧化物斷裂會導致器件發(fā)生災難性的損壞。累積型場效應管本來并沒有箝位電路，箝制擊穿電壓。箝位電路必須確保漏極電壓不會升高到損壞脆弱的柵極氧化物的程度。

美國專利號5,856,692提出了一種累積型功率MOSFET，以克服上述不良效應。所述的累積型場效應管具有一個帶溝槽的柵極，形成在第一導電類型的半導體材料中。第二導電類型的區(qū)域形成在襯底中，襯底可以含有一個外延層，一個通過第二導電類型的區(qū)域形成的p-n結(jié)二極管，穿過累積型MOSFET，并聯(lián)到電流通路上。所設計的二極管擊穿電壓，使二極管在柵極周圍的氧化層損壞之前就擊穿，否則當MOSFET加載高電壓時，會損壞柵極氧化層。然而，制備二極管的P+區(qū)一直向下擴散到襯底，需要很高的熱積聚，這不僅增加了制備器件的成本和時間，而且還會帶來其他問題。此外，P-N結(jié)二極管具有很高的反向回復電荷Qrr，導致非理想的開關(guān)特性，例如開關(guān)節(jié)點振蕩，感應柵極過沖等。

因此，十分有必要制備一種累積場效應管器件，具有極高晶胞密度以及優(yōu)良的導通電阻性能，可以有效地開關(guān)電感負載，或以一種可靠的方式，尤其是不會損壞溝槽柵極的方式，承受有限能量的電壓峰值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種場效應管，具有一個包括柵極、源極和漏極區(qū)的半導體襯底；以及一個形成在半導體襯底上的集成箝位電路，該集成箝位電路與漏極和源極區(qū)電連接，以得到所需的擊穿電壓。在一個實施例中，柵極區(qū)還包括多個空間分離的溝槽柵極，箝位電路由半導體層和金屬層之間的交界面限定，溝槽柵極就形成在半導體層中。擊穿電壓在某種程度上由所形成的交界面的尺寸決定。在另一個實施例中，通過在位于溝槽柵極附近的外延層區(qū)域中，產(chǎn)生多個空間分離的p-型區(qū)，形成箝位電路。這些以及其他實施例將在下文中詳細介紹。

附圖說明

圖1表示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例，一種場效應管的局部剖面圖；

圖2表示圖1所示的場效應管電路的電路圖；

圖3表示圖1所示的場效應管的俯視平面圖；

圖4表示依據(jù)第一可選實施例，圖3所示的場效應管的俯視平面圖；

圖5表示依據(jù)第二可選實施例，一種場效應管的局部剖面圖；

圖6表示圖5所示的場效應管的俯視平面圖；

圖7表示依據(jù)第三可選實施例，一種場效應管的局部剖面圖；

圖8表示依據(jù)第四可選實施例，一種場效應管的局部剖面圖；

圖9表示圖8所示的場效應管的俯視平面圖。

具體實施方式